Resumo:
Esta dissertação descreve a modelagem computacional de turbina hidráulica do tipo Francis para estudos de transitórios eletromecânicos a partir de informações obtidas nos ensaios de modelo reduzido. Esse modelo, que é mais completo e bastante não linear, é tão útil quanto maior for a variação do nível da água na barragem, como por exemplo, nas usinas a fio d’água. Os modelos computacionais são construídos no programa de Análise de Transitórios Eletromecânicos, ANATEM, do CEPEL. A UHE Furnas foi escolhida para ser modelada, e as simulações são realizadas na rede completa da base de dados de fevereiro de 2016 do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS). Os resultados das simulações são validados através de registros oscilográficos obtidos durantes os ensaios de comissionamento da modernização dessa usina. Inicialmente é feita uma abordagem baseada no projeto da UHE Itaipu, onde foi realizada primeiramente esta modelagem mais completa de turbina a partir de conhecimento obtido em ensaio de modelo reduzido. Nesta dissertação é realizado o desenvolvimento matemático da origem dos modelos de turbina no domínio de Laplace, assim como a modelagem da influência do circuito hidráulico no fenômeno de regulação de velocidade e potência do grupo gerador. A título de comparação, são analisados os mesmos casos de simulação com modelo mais simplificado de turbina e conduto forçado, conhecido como HYGOV-PTI. A modelagem dos demais componentes como a rede elétrica, o gerador, o regulador de tensão e o regulador de velocidade baseiam-se nas informações fornecidas pelos fabricantes, e foram previamente consolidados pelas oscilografias dos ensaios de aprovação em fábrica e ensaios de comissionamento na usina.
