A engenharia de sistemas de energia forma uma vasta e importante parte dos estudos de engenharia elétrica. Ela se concentra principalmente na produção de energia elétrica e sua transmissão do ponto de envio ao ponto de recepção, conforme as necessidades, com o mínimo possível de perdas. A potência frequentemente muda devido à variação da carga ou a perturbações.
Por essas razões, o termo estabilidade do sistema de energia é de extrema importância neste campo. Ele é usado para definir a capacidade do sistema de retornar às suas condições de estado estável no menor tempo possível após ter passado por qualquer transição ou perturbação. Desde o século XX até os dias atuais, todas as principais estações geradoras de energia em todo o mundo têm confiado principalmente no sistema AC como a opção mais eficaz e econômica para geração e transmissão de energia elétrica.
Em usinas de energia, vários geradores síncronos estão conectados ao barramento com a mesma frequência e sequência de fase que os geradores. Portanto, para uma operação estável, temos que sincronizar o barramento com os geradores durante toda a duração da geração e transmissão. Por essa razão, a estabilidade do sistema de energia também é referida como estabilidade síncrona e é definida como a capacidade do sistema de retornar à sincronização após ter passado por alguma perturbação devido à ligação ou desligamento de carga ou devido a transiências de linha. Para entender bem a estabilidade, outro fator precisa ser considerado, que é o limite de estabilidade do sistema. O limite de estabilidade define a máxima potência permitida para fluir através de uma parte particular do sistema para a qual ele está sujeito a perturbações de linha ou fluxo de potência defeituoso. Compreendendo essas terminologias relacionadas à estabilidade do sistema de energia, vamos agora analisar os diferentes tipos de estabilidade.
A estabilidade do sistema de energia ou estabilidade síncrona de um sistema de energia pode ser de vários tipos, dependendo da natureza da perturbação, e para uma análise bem-sucedida, pode ser classificada nos seguintes três tipos, conforme mostrado abaixo:
Estabilidade de estado estável.
Estabilidade transitória.
Estabilidade dinâmica.
A estabilidade de estado estável de um sistema de energia é definida como a capacidade do sistema de retornar à sua configuração estável após uma pequena perturbação na rede (como flutuações normais de carga ou ação de um regulador de tensão automático). Ela só pode ser considerada durante uma mudança muito gradual e infinitesimalmente pequena de potência.
Caso o fluxo de potência através do circuito exceda a potência máxima permitida, há chances de que uma máquina específica ou um grupo de máquinas deixe de operar em sincronismo, resultando em mais perturbações. Nessa situação, diz-se que o limite de estado estável do sistema foi atingido, ou seja, o limite de estabilidade de estado estável de um sistema refere-se à quantidade máxima de potência permitida através do sistema sem perda de sua estabilidade de estado estável.
A estabilidade transitória de um sistema de energia refere-se à capacidade do sistema de alcançar uma condição estável após uma grande perturbação nas condições da rede. Em todos os casos relacionados a grandes mudanças no sistema, como a aplicação ou remoção súbita de carga, operações de chaveamento, falhas de linha ou perda devido à excitação, a estabilidade transitória do sistema entra em jogo. De fato, ela lida com a capacidade do sistema de manter a sincronização após uma perturbação que dura por um período razoavelmente longo. E a máxima potência permitida para fluir através da rede sem perda de estabilidade após um período prolongado de perturbação é referida como a estabilidade transitória do sistema. Ultrapassando esse valor máximo permitido para o fluxo de potência, o sistema seria temporariamente considerado instável.
A estabilidade dinâmica de um sistema denota a estabilidade artificial dada a um sistema intrinsecamente instável por meio de controles automáticos. Ela se preocupa com pequenas perturbações que duram cerca de 10 a 30 segundos.
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