Η παρούσα διπλωματική πραγματεύεται την ανάλυση της λειτουργίας ενός ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους, αποτελούμενου από μηχανή Diesel και Σύγχρονη Γεννήτρια έκτυπων πόλων, το οποίο αποτελεί εφεδρική τροφοδοσία για φορτίο ασύγχρονου τριφασικού κινητήρα σε περιπτώσεις σφαλμάτων στο βασικό δίκτυο. Στα πρώτα κεφάλαια της εργασίας παρουσιάζεται η θεωρητική ανάλυση των μηχανών του παραπάνω συστήματος, και το μαθηματικό υπόβαθρο που τις περιγράφει. Η ανάλυση αυτή χρησιμοποιείται στη συνέχεια για την εκτεταμένη παρουσίαση του τρόπου προσομοίωσής τους στο περιβάλλον Simulink του προγράμματος Matlab της εταιρίας Mathworks. Μετά την περιγραφή και τη δημιουργία του μοντέλου του συστήματος στο Simulink, πραγματοποιούνται προσομοιώσεις για διαφορετικές περιπτώσεις σφαλμάτων. Αναλύονται και παρουσιάζονται γραφικά οι επιπτώσεις του εκάστοτε σφάλματος στο σύστημα, καθώς επίσης και η δράση των διάφορων μηχανισμών που θα επαναφέρουν το σύστημα στην επιθυμητή κατάσταση λειτουργίας. / The purpose of this diploma thesis is to analyze the operation of a genset consisting of a diesel engine and a synchronous generator, which provides backup supply for an asynchronous motor load when a fault occurs in the main grid. The first chapters of this thesis include the theoretical analysis of the system’s machines and the mathematical functions describing them. This analysis is then used to extensively describe the way these machines are simulated in the Simulink environment of the program Matlab. The simulation model of the whole system is then described and developed. Furthermore, simulation results of the model are presented for different types of faults in the main grid. The effects of these faults on the system are graphically analyzed, and so is the action of the regulators that will restore the system in the desired state of operation.

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[pt] O objetivo desse trabalho é avaliar o potencial técnico- econômico nacional da autogeração de energia elétrica. O levantamento desse potencial é realizado a partir do desenvolvimento de uma metodologia determinística para os clientes de alta tensão da concessionária LIGHT no estado do Rio de Janeiro, extrapolando-a para a estimativa do potencial brasileiro, através dos dados de consumo nacional. A geração distribuída é analisada a partir do atual estado da arte da tecnologia disponível para motores alternativos de combustão interna, ciclos Diesel e Otto. Os motores alternativos possuem tecnologia amplamente difundida, alta escala de produção, alta eficiência e baixo custo de investimento de aquisição, principalmente quando comparado a outras tecnologias de geração elétrica de pequeno e médio porte. Dessa forma, optou-se pela tecnologia dos motores alternativos como o mais adequado para a autogeração. Os motores alternativos têm grande potencial para servir de base para expansão da geração distribuída nacional. São considerados como alternativas de fontes energéticas para a autogeração, o óleo diesel e o gás natural. Para a operação dos motores ciclo Diesel foi considerada, além da hipótese de funcionamento pelo modo tradicional a óleo diesel, sua operação com um kit de conversão para combustível dual. Este permite uma substituição do óleo diesel pelo gás natural em torno de 80 por cento. Já para os motores alternativos ciclo Otto foi apenas considerada a utilização do energético gás natural. A viabilidade econômica do investimento em centrais de geração distribuída, é obtida quando traçado um paralelo entre o atual custo da energia elétrica que é fornecida pela concessionária e o custo da aquisição e operação do sistema de autogeração. O cálculo de viabilidade será dado por uma ótica estritamente econômica. Considerando-se que a atratividade do empreendimento seja dada por uma taxa interna de retorno do investimento mínima de 15 por cento a.a para um horizonte de 15 anos, é estimado que a geração distribuída possa representar 2,6 por cento da energia elétrica gerada nacionalmente ou cerca de 7.173 GWh/ano, concentrada principalmente para geração de horário de ponta. Os geradores a diesel representam 44,6 por cento desse total, os geradores dieselgás 55,2 por cento e os geradores a gás cerca de 0,2 por cento. Isto significa um consumo diário de 2,2 MMm3 de gás natural e 2.800 m3 de óleo diesel. De uma maneira geral a autogeração não se viabiliza economicamente para geração fora de ponta, em virtude do baixo custo da energia elétrica neste período. Em função da penetração do gás natural no mercado nacional, é realizada uma análise de sensibilidade entre custo desse energético e o aumento do potencial de geração distribuída nacional. Conclui-se, que a queda do preço do gás natural pode aumentar ainda mais o potencial de geração distribuída baseado nos geradores diesel-gás, além de também viabilizar os geradores gás. Finalmente são abordados e analisados os impactos e benefícios trazidos pela geração distribuída ao sistema atual de geração e transmissão nacional. / [en] The objective of this work is to evaluate the technical- economic potential of electric energy self-generation in Brazil. A deterministic methodology will be built for market evaluation. It will be based on a developed model for high voltage customers from LIGHT, located in state of Rio de Janeiro and extrapolated to establish the national market. The extrapolation will be made through the national consumption data. The distributed generation is analyzed from the state of the art of reciprocating internal combustion engines, Diesel and Otto cycles. These engines have widespread technology, high efficiency and offer low acquisition cost when compared with other small and medium scale gensets technologies. In that way, they were chosen, to be the alternatives for the distributed generation. The reciprocating engines have great potential to support the expansion of the distributed generation in Brazil. Diesel oil and natural gas are considered as the fuel alternatives for the gensets. Besides the usual diesel oil, used as fuel for diesel engines, it was considered the mix between diesel oil and natural gas. The mix is handled with an auxiliary conversion kit. It allows diesel oil being substituted around 80% by natural gas. It was only considered natural gas fuel for the gas engines. The economic feasibility of the investment in distributed generation is achieved when a comparison is made between the current cost of the electric energy, which is supplied by the local utility company, and the cost of acquisition and operation of the self generation system. The feasibility will be given by a strict economic aspect. Considering the attractiveness for the enterprise, it is given by a minimum internal rate of return of 15 percent per year in a horizon of 15 years. It is estimated that the national distributed generation can represent 2.6 percent of all national electric generation or 7,173 GWh/year. Mainly for generation at peak hours. The diesel oil gensets represents 44.6 percent of that total, the diesel-gas gensets 55.2 percent and the gas gensets around 0.2 percent. Meaning a daily consumption of 2.2 MMm3 of natural gas and 2,800 m3 of oil diesel. Self generation isn`t economic feasible at off-peak hours, because the low tariff value. For the perspective of expansion of the natural gas net distribution in Brazil, a sensibility analysis was accomplished between the natural gas cost and increase of the national distributed generation market. It is concluded that if the natural gas cost less, the national distributed generation market would grow, based mainly in diesel-gas and gas gensets. Finally, the impacts and benefits brought by distributed generation in the current scenery of national generation and transmission systems were analyzed.