Uso de técnicas de otimização baseadas em derivadas como suporte do planejamento operacional de redes de distribuição de energia elétrica

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2005

RESUMO

Os programas desenvolvidos para o cálculo de fluxo de carga sempre foram amplamente utilizados objetivando simular sistemas de transmissão, subtransmissão e distribuição de energia elétrica. Entretanto, os métodos matemáticos aplicados para esse cálculo estruturavam-se, em sua maioria, tomando como base apenas as características dos sistemas de transmissão, os quais eram o principal foco de preocupação dos engenheiros e pesquisadores. Todavia, as características físicas desses sistemas são bastante diferentes da realidade dos de distribuição. Nos sistemas de transmissão, os níveis de tensão são altos e as linhas são geralmente muito longas. Esses fatores contribuem para que os efeitos capacitivos e indutivos que aparecem nos sistemas passem a ter uma influência considerável nos valores das grandezas de interesse, razão por que devem ser considerados. Ainda nos sistemas de transmissão, as cargas são de natureza macro, a exemplo de cidades, bairros, ou grandes indústrias ou consumidores. Tais cargas são, em geral, praticamente equilibradas, o que reduz a necessidade de utilização de metodologias trifásicas para o cálculo do fluxo. Os sistemas de distribuição, por sua vez, pressupõem outras implicações, apesar de os níveis de tensão serem pequenos em comparação aos de transmissão, o que praticamente anula o efeito capacitivo das linhas. Como as cargas passam a ser, neste caso, transformadores, em cujos secundários estão conectados pequenos consumidores, muitas vezes, monofásicos, a possibilidade de se encontrar um circuito desbalanceado é grande. Portanto, face a tal possibilidade, a utilização de metodologias trifásicas assume uma dimensão importante. Além disso, equipamentos como reguladores de tensão, para cujo funcionamento utilizam simultaneamente o conceito de tensão de fase e de linha, necessitam de uma metodologia trifásica, para que seu modelo permita simulação em tempo real. Pelas razões expostas, o trabalho apresenta um método de cálculo de fluxo de carga trifásico para sistemas de distribuição de energia. No intuito de realizar tal tarefa, foi utilizado como base o método Soma de Potências, já bastante testado e aprovado na simulação de sistemas radiais de distribuição de energia elétrica. As linhas são a três fios, considerando-se o acoplamento magnético entre as fases; já o efeito da terra foi considerado através da correção de Carson. É interessante ressaltar que, apesar de as cargas estarem normalmente conectadas nos secundários dos transformadores, foi considerada, além dessa possibilidade, a hipótese da existência de cargas em estrela ou delta no circuito primário. Já para a simulação de reguladores de tensão, foi utilizado um novo modelo que permite a simulação dos vários tipos de configurações, de acordo com o seu funcionamento real. Por fim, também foi considerada a possibilidade da representação com chaves de medição de corrente em diversos pontos do alimentador. As cargas são ajustadas, durante o processo iterativo, de maneira que a corrente em cada chave convirja para o valor especificado nos dados de entrada. Em uma segunda etapa, tomando como base o fluxo de carga descrito, o trabalho apresenta um método de cálculo para os parâmetros de sensibilidade, com o objetivo de serem aplicados em processos de otimização. Esses parâmetros são encontrados através do cálculo da derivada parcial de uma variável com relação a uma outra, determinando a taxa de variação entre elas. Após a descrição de cálculo dos parâmetros de sensibilidade, apresenta-se o método do gradiente, que usa esses parâmetros para determinar o ponto ótimo de uma função objetivo, que será definida para cada tipo de estudo. Neste trabalho são abordados dois tipos de problema. O primeiro refere-se à redução das perdas técnicas em um alimentador de média tensão, através da instalação de bancos de capacitores; o segundo trata do problema da correção do perfil de tensão, através da instalação de bancos de capacitores ou de reguladores de tensão. No caso da redução das perdas será considerada, como função objetivo, a soma das perdas em todos os trechos do sistema. Já para a correção do perfil de tensão, a função objetivo será a soma do quadrado dos desvios de tensão em cada nó, com relação à tensão requerida. No final do trabalho, os métodos descritos foram aplicados em alguns alimentadores com a finalidade de testar o seu desempenho e precisão

ASSUNTO(S)

optimization capacitor cálculo de fluxo de carga load flour calculation otimização capacitor engenharia eletrica regulador de tensão voltage regulatior

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