IT008 - Modelagem, Simulação e Controle de Sistemas de Energia Elétrica | Power System Modeling, Simulation and Control | Modelado, Simulación y Control de Sistemas de Energía Eléctrica
Turma: A -
Período: 1/2026 -
Tipo Período: 1o. período letivo -
Disciplina: 4 créditos.
Ementa:
Introdução a SEE;
Revisão de Controle e Estabilidade de Sistemas Dinâmicos;
Dinâmica de SEE e Simulação;
Método Direto para Análise de Estabilidade (Lyapunov)
Análise Linear de SEE
Modelagem da Máquinas Síncronas e Inversores;
Sistemas de Excitação e Controle de Tensão;
Estabilizador de Sistemas de Potência;
Controle Primário de Frequência;
Controle Secundário de Frequência (CAG)
Bibliografia:
Joe H. Chow, Power System Modelin Stability e Control , Wiley, 2019.
P. Kundur, Power System Stability and Control, EPRI, Power System Engineering Series, McGraw-Hill, Inc., 1994.
E.W. Kimbark, Power Sistem Stability, Vol. I e II, New York, John Wiley and Sons Inc., 1948.
P.M. Anderson and A.A. Fouad, Power System and Stability, Iowa State University Press, 1977.
J. Arrillaga, C.P. Arnold and B.J. Harker, Computer Modelling of Electrical Power Systems, John Wiley & Sons, 1983.
T.J.E. Miller, Reactive Power Control in Electric Systems, John Wiley Sons, 1982.
B. Stott, Power System Dynamic Response Calculations, Proceedings of the IEEE, vol. 67, pp. 219--241, Feb. 1979
Conteudo Programático: 1. Revisão da Estabilidade dos Sistemas Elétricos de Potência e Estabilidade
2. Introdução
a. Eletrificação
b. Sistemas de Geração, Transmissão e Distribuição
c. Modelo de Estação Geradora Central
d. Geração Renovável
e. Redes Inteligentes (Smart Grids)
f. Escalas de Tempo
g. Fenômenos Dinâmicos
h. Medições e Dados
i. Funções de Controle e Operação do Sistema
j. Organização do Livro
3. Dinâmica e Simulação de Sistemas de Potência
a. Introdução
b. Modelo Eletromecânico de Máquinas Síncronas
c. Sistema de Máquina Única com Barramento Infinito
d. Perturbações no Sistema de Potência
e. Análise Durante e Após Falta; Outros Tipos de Faltas
f. Métodos de Simulação
g. Métodos de Euler Modificados
h. Método de Euler com Passo Completo Modificado
i. Método de Euler com Meio Passo Modificado
j. Método de Adams-Bashforth de Segunda Ordem
k. Seleção do Tamanho do Passo de Integração
l. Métodos de Integração Implícita
m. Integração de EDOs Algébrico-Diferenciais (DAEs)
n. Modelos Dinâmicos de Sistemas com Múltiplas Máquinas
o. Cargas de Impedância Constante
p. Injeções de Corrente do Gerador
q. Equação de Rede Estendida ao Nó Interno da Máquina
r. Abordagem da Matriz de Admitância Reduzida
s. Método para Simulação Dinâmica
t. Estabilidade de Sistemas de Potência com Múltiplas Máquinas
u. Referenciais para os Ângulos das Máquinas
v. Power System Toolbox (Ferramenta de Simulação)
w. Resumo e Notas
x. Problemas
4. Análise Direta da Estabilidade Transitória
a. Introdução
b. Análise da Área Igual para Sistema Máquina Única com Barramento Infinito
c. Curva Potência-Ângulo
d. Análise Durante e Após a Falta
e. Funções de Energia Transitória
f. Funções de Lyapunov
g. Função de Energia para Modelo Eletromecânico de Máquina Única com Barramento Infinito
h. Análise da Função de Energia de um Evento de Perturbação
i. Retrato de Fase e Região de Estabilidade do Modelo de Máquina Única com Barramento Infinito
j. Análise Direta de Estabilidade usando Funções de Energia
k. Funções de Energia para Sistemas de Potência com Múltiplas Máquinas
l. Análise Direta de Estabilidade para Sistemas com Múltiplas Máquinas
m. Cálculo da Energia Crítica
n. Avaliação de Segurança Dinâmica
5. Análise Linear e Estabilidade de Pequenos Sinais
a. Introdução
b. Modos Eletromecânicos
c. Linearização
d. Modelos em Espaço de Estados
e. Modelos Entrada-Saída
f. Análise Modal e Soluções no Domínio do Tempo
g. Resposta Temporal de Sistemas Lineares
h. Fatores de Participação
i. Modelos Linearizados de Sistemas com Máquina Única e Barramento Infinito
j. Modelos Linearizados de Sistemas com Múltiplas Máquinas
k. Matriz de Torque Sincronizante e Propriedades dos Autovalores
l. Formas Modais e Fatores de Participação
m. Desenvolvimento de Modelos Linearizados de Grandes Sistemas de Potência
n. Derivadas Parciais Analíticas
o. Linearização Numérica
6. Sistemas de Excitação
a. Introdução
b. Modelos de Sistemas de Excitação
c. Excitadoras do Tipo DC
d. Excitadora DC com Excitação Separada
e. Excitadora DC Auto-Excitada
f. Regulador de Tensão
g. Inicialização de Excitadoras do Tipo DC
h. Análise de Função de Transferência
i. Sistema em Malha Fechada Gerador e Excitadora
j. Razões de Resposta do Sistema de Excitação
k. Excitadoras do Tipo AC
l. Sistemas de Excitação do Tipo ST
m. Controle de Compensação de Carga
n. Funções de Proteção
o. Resumo e Notas
7. Modelos de Turbina-Governador e Controle de Frequência
a. Introdução
b. Turbinas a Vapor
c. Configurações de Turbinas
d. Governadores de Turbinas a Vapor
e. Turbinas Hidráulicas
f. Governadores de Turbinas Hidráulicas
g. Rejeição de Carga de Turbinas Hidráulicas
h. Turbinas a Gás e Plantas de Cogeração
i. Controle Primário de Frequência
j. Turbina-Gerador Isolado Atendendo Carga Local
k. Unidades Interligadas
l. Resposta de Frequência nas Redes Elétricas dos EUA
m. Controle Automático de Geração (AGC)
n. Oscilações Torcionais em Turbina-Gerador e Ressonância Subsíncrona
i. Modos Torcionais
o. Modos da Rede Elétrica
p. Ocorrência de SSR e Contramedidas
Conteudo Programático em Inglês: 1. Review of Stability of Electrical Power Systems and Stability
2. Introduction
a. Electrification
b. Generation, Transmission, and Distribution Systems
c. Central Generating Station Model
d. Renewable Generation
e. Smart Grids
f. Time Scales
g. Dynamic Phenomena
h. Measurements and Data
i. Control Functions and System Operation
j. Organization of the Book
3. Power System Dynamics and Simulation
a. Introduction
b. Electromechanical Model of Synchronous Machines
c. Single-Machine Infinite-Bus System
d. Power System Disturbances
e. Fault-On Analysis; Post-Fault Analysis; Other Types of Faults
f. Simulation Methods
g. Modified Euler Methods
h. Euler Full-Step Modification Method
i. Euler Half-Step Modification Method
j. Adams-Bashforth Second-Order Method
k. Selecting Integration Stepsize
l. Implicit Integration Methods
m. Integration of DAEs
n. Dynamic Models of Multi-Machine Power Systems
o. Constant-Impedance Loads
p. Generator Current Injections
q. Network Equation Extended to the Machine Internal Node
r. Reduced Admittance Matrix Approach
s. Method for Dynamic Simulation
t. Multi-Machine Power System Stability
u. Reference Frames for Machine Angles
v. Power System Toolbox
w. Summary and Notes
x. Problems
4. Direct Transient Stability Analysis
a. Introduction
b. Equal-Area Analysis of a Single-Machine Infinite-Bus System
c. Power-Angle Curve
d. Fault-On and Post-Fault Analysis
e. Transient Energy Functions
f. Lyapunov Functions
g. Energy Function for Single-Machine Infinite-Bus Electromechanical
h. Model
i. Energy Function Analysis of a Disturbance Event
j. Single-Machine Infinite-Bus Model Phase Portrait and Region of
k. Stability
l. Direct Stability Analysis using Energy Functions
m. Energy Functions for Multi-Machine Power Systems
n. Direct Stability Analysis for Multi-Machine Systems
o. Computation of Critical Energy
p. Dynamic Security Assessment
5. Linear Analysis and Small-Signal Stability
a. Introduction
b. Electromechanical Modes
c. Linearization
d. State-Space Models
e. Input-Output Models
f. Modal Analysis and Time-Domain Solutions
g. Time Response of Linear Systems
h. Participation Factors
i. Linearized Models of Single-Machine Infinite-Bus Systems
j. Linearized Models of Multi-Machine Systems
k. Synchronizing Torque Matrix and Eigenvalue Properties
l. Modeshapes and Participation Factors
m. Developing Linearized Models of Large Power Systems
n. Analytical Partial Derivatives
o. Numerical Linearization
6. Excitation Systems
a. Introduction
b. Excitation System Models
c. Type DC Exciters
d. Separately Excited DC exciter
e. Self-Excited DC Exciter
f. Voltage Regulator
g. Initialization of DC Type Exciters
h. Transfer Function Analysis
i. Generator and Exciter Closed-Loop System
j. Excitation System Response Ratios
k. Type AC Exciters
l. Type ST Excitation Systems
m. Load Compensation Control
n. Protective Functions
o. Summary and Notes
7. Turbine-Governor Models and Frequency Control
a. Introduction
b. Steam Turbines
c. Turbine Configurations
d. Steam Turbine-Governors
e. Hydraulic Turbines
f. Hydraulic Turbine-Governors
g. Load Rejection of Hydraulic Turbines
h. Gas Turbines and Co-Generation Plants
i. Primary Frequency Control
j. Isolated Turbine-Generator Serving Local Load
k. Interconnected Units
l. Frequency Response in US Power Grids
m. Automatic Generation Control
n. Turbine-Generator Torsional Oscillations and Subsynchronous
o. Resonance
i. Torsional Modes
p. Electrical Network Modes
q. SSR Occurrence and Countermeasures
Conteudo Programático em Espanhol: 1. Revisión de la Estabilidad de los Sistemas Eléctricos de Potencia y Estabilidad
2. Introducción
a. Electrificación
b. Sistemas de Generación, Transmisión y Distribución
c. Modelo de Planta Generadora Central
d. Generación Renovable
e. Redes Inteligentes (Smart Grids)
f. Escalas de Tiempo
g. Fenómenos Dinámicos
h. Mediciones y Datos
i. Funciones de Control y Operación del Sistema
j. Organización del Libro
3. Dinámica y Simulación de Sistemas de Potencia
a. Introducción
b. Modelo Electromecánico de Máquinas Síncronas
c. Sistema de Máquina Única con Barra Infinita
d. Perturbaciones en el Sistema de Potencia
e. Análisis Durante y Después de una Falla; Otros Tipos de Fallas
f. Métodos de Simulación
g. Métodos de Euler Modificados
h. Método de Euler con Paso Completo Modificado
i. Método de Euler con Medio Paso Modificado
j. Método de Adams-Bashforth de Segundo Orden
k. Selección del Tamaño del Paso de Integración
l. Métodos de Integración Implícitos
m. Integración de Ecuaciones Diferenciales-Algebraicas (DAE)
n. Modelos Dinámicos de Sistemas con Múltiples Máquinas
o. Cargas de Impedancia Constante
p. Inyecciones de Corriente del Generador
q. Ecuación de Red Extendida al Nodo Interno de la Máquina
r. Enfoque de la Matriz de Admitancia Reducida
s. Método para Simulación Dinámica
t. Estabilidad de Sistemas de Potencia con Múltiples Máquinas
u. Referencias para los Ángulos de las Máquinas
v. Power System Toolbox (Herramienta de Simulación)
w. Resumen y Notas
x. Problemas
4. Análisis Directo de la Estabilidad Transitoria
a. Introducción
b. Análisis del Área Igual para Sistema de Máquina Única con Barra Infinita
c. Curva Potencia-Ángulo
d. Análisis Durante y Después de la Falla
e. Funciones de Energía Transitoria
f. Funciones de Lyapunov
g. Función de Energía para el Modelo Electromecánico de Máquina Única con Barra Infinita
h. Análisis de la Función de Energía de un Evento de Perturbación
Forma Avaliação: Trabalhos e Testes
Ofertar para Graduação:
Sim Número Limite de Alunos de Graduação:
10
Aceita Estudante Especial:
Sim
Número de Alunos Total:
de 3 até 25