Este trabalho apresenta a análise do funcionamento dos equipamentos básicos de uma central hidrelétrica, o estudo do comportamento dinâmico real de uma unidade geradora e as diferenças de operação em um sistema isolado e em um sistema interligado. Além disso, tem como principais objetivos a elaboração de um modelo que representa a operação de uma unidade geradora e estudar o sistema de controle primário. O modelo criado é composto por equações diferenciais e utiliza como parâmetros, variáveis que podem ser facilmente obtidas ou estimadas a partir de ensaios de modelo ou de campo. Ele representa os condutos, chaminé de equilíbrio, distribuidor, turbina e gerador. Para validação e avaliação dos desvios do modelo, são utilizados resultados reais de uma usina hidrelétrica. A comparação dos resultados obtidos utilizando o modelo com resultados os reais apresentou desvios inferiores a 1,0%, o que indica que o modelo é válido e pode ser utilizado para análise do sistema de controle primário. O estudo do sistema de controle primário é feito para se definir parâmetros ótimos para os controladores, analisando o comportamento da central supondo que ela esteja alimentando isoladamente uma carga. São estudados quatro tipos de controladores: tradicional, PI, PID e PI-PD. A avaliação do desempenho dos controladores é feita utilizando exigências de estabilidade e um índice de desempenho que avalia a variação de velocidade angular quando o sistema é submetido a variações de demanda. Para a central hidrelétrica estudada, o controlador PI é considerado o mais adequado.

This work presents an analysis of the operation of the basic equipments of a hydro power station, the study of the actual dynamic behavior of a power unit and the differences between the isolated operation and the interconnected systems. Moreover it has as main objectives the proposal of a model that represents the hydro power functioning and the study of the primary control system. The model is based on differential equations and parameters that can be easily taken or estimated from model and field tests data. The model represents the penstock, surge tank, distributor, turbine and generator. Test results of a real hydropower plant are used to validate and to evaluate the deviations of the model. The comparison between the model and the test results from the plant presents deviations lower than 1,0% and it demonstrates that the model is valid and can be used to analyze the primary control system. The primary control system study is made to define optimal parameters of the controllers, analyzing the hydro power plant behavior assuming it is in isolated operation. Four controllers are studied: traditional, PI, PID and PI-PD. The evaluation of the controller's performance is made with stability criteria's and a performance index, which evaluates the speed variation when the system is submitted to load variation. For the hydro power station studied in this work, the PI controller has the best performance.