CONSIDERAÇÕES INCIAIS

A manutenção dos perfis de tensão em áreas estratégias de sistemas de potência tem sido objeto de estudo em diversos trabalhos nos últimos anos, onde foram desenvolvidas técnicas, tanto decorrentes da experiência de operadores, quanto pela necessidade de garantir a eficiência proporcionada pela automação dos sistemas de controle de potência reativa (HENRIQUES,2009). Por sua vez, o esquema para controle coordenado de tensão, geralmente, é dividido em três níveis hierárquicos. Tais níveis podem ser definidos de acordo com as áreas geográficas e pelo seu período de tempo de atuação, conforme apresentado na Figura 32 (TARANTO et al., 1999).

Figura 32 – Níveis hierárquicos do controle coordenado de tensão.

Fonte: Retirado deTaranto et al. (1999).

O Controle Primário de Tensão (CPT), de acordo com Taranto et al. (1999) e

Henriques (2009), é o nível hierárquico com a atuação mais rápida e pode ser subdividido entre o controle individual dos geradores e o controle das usinas. O controle de cada gerador está associado ao regulador automático de tensão, enquanto o controle da usina tem por objetivo manter o lado de alta tensão do transformador elevador em valores adequados.

O Controle Secundário de Tensão (CST), foco deste capítulo, tem uma atuação mais lenta que o CPT e regula a tensão de barras piloto em áreas de controle de tensão. Por sua vez, as barras piloto devem representar o perfil de tensão na área em que estão inseridas, sendo regulada pela atuação de um grupo específico de geradores, compensadores,

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transformadores de tap variável, dentre outros (TARANTO et al., 1999; HENRIQUES,

2009).

Por fim, o Controle Terciário de Tensão (CTT), com a atuação mais lenta dentre os três níveis, tem como um dos principais objetivos garantir, de forma preventiva, a segurança e integridade do sistema através da otimização dos valores de tensão das barras piloto (TARANTO et al., 1999; HENRIQUES,2009).

Dadas as premissas, o objetivo deste capítulo é demonstrar como o CST pode ser utilizado em conjunto com RSEs para controlar a tensão de barras piloto em áreas específicas dos grupos de geração. Dessa forma, deseja-se demonstrar que é possível aumentar as margens de segurança do limite de tensão em relação ao ponto de operação do caso base de uma RSE, ao se controlar o módulo da tensão de uma barra selecionada estrategicamente.

7.2 METODOLOGIA

7.2.1 Determinação de áreas de controle de tensão

Considerando que o CST coordena a atuação de um ou mais grupos de geradores com uma atuação regional, é possível e necessário definir áreas de controle de tensão que sejam suficientemente desacopladas umas das outras, em que uma barra piloto, que represente o comportamento das tensões das barras dessa área, deve ser selecionada (HENRIQUES, 2009).

De acordo comHenriques (2009), a divisão das áreas de controle de tensão deve considerar os seguintes pontos:

a) mudanças realizadas na tensão da barra piloto devem ser refletidas em mudanças coerentes nas demais barras da área;

b) devem existir fontes de potência reativa na área com capacidade suficiente para promover as alterações na tensão devido a atuação do CST;

c) é necessário que haja um desacoplamento adequado entre a área de controle de tensão e suas áreas vizinhas.

Existem diversas metologias na literatura para a determinação das áreas de controle de tensão. Lagonotte et al. (1989) apresentam a utilização do conceito de distância elétrica entre os nós de um sistema, que por sua vez, podem ser agrupados conforme suas características. Já Begovic e Phadke (1989), Begovic e Phadke (1990), Schlueter

et al. (1991), Schlueter (1989), Ilic e Stankovic (1989) apresentam metologias baseadas

Finalmente, Henriques (2009) propõe uma metodologia para identificar áreas de controle de tensão a partir dos autovalores e uma matriz de sensibilidade QV.

Independentemente do método utilizado para definição das áreas de controle de tensão de um SEP, deseja-se que os grupos de geração de uma RSE sejam definidos de acordo com essas áreas. Portanto, propõe-se que os grupos de geração sejam constituídos de geradores pertencentes às mesmas áreas de controle de tensão. Dessa forma, torna-se possível observar o efeito da atuação do CST nas margens de segurança do limite de tensão de uma RSE, o que permite uma visualização gráfica do quão eficiente está sendo o CST em uma determinada área.

7.2.2 Determinação de barras piloto e fatores de participação dos geradores Segundo o que é proposto, os geradores de uma área de controle de tensão devem estar incluídos em um mesmo grupo de geração, sendo intuitivo concluir que a barra piloto também deve ser selecionada na área que os geradores desse grupo pertencem e, ao mesmo tempo, tenha um forte acoplamento com esses geradores. Por outro lado, a determinação de uma barra piloto dentro de uma certa área de controle de tensão requer uma análise criteriosa, uma vez que não é desejável a escolha de uma barra que não represente adequadamente o perfil de tensão dessa área.

Neste trabalho, a seleção de barras piloto é baseada em uma metologia citada na publicação da Força Tarefa do CIGRÉ a respeito do CST, que está relacionada ao conceito de que barras piloto possam ser escolhidas a partir das barras com maior potência de curto-circuito, já que tais barras têm forte influência na tensão de barras eletricamente próximas (MARTINS; CORSI; CHAIRMEN, 2007).

Uma maneira de identificar as barras que possuem a maior potência de curto- circuito é através de uma análise na Matriz Impedância Nodal (Zbarra). Basta que sejam

localizados os elementos da diagonal principal com o menor valor de impedância, sendo que as posições de tais elementos correspondem justamente às barras do sistema. Ao se relacionar os elementos da diagonal principal da matriz Zbarra com as barras candidatas a

barra piloto de uma determinada área, é possível identificar qual a barra mais adequada. Após a identificação da barra piloto, se faz necessário avaliar quais serão os geradores a participar do CST e mais, qual será a participação de cada gerador. Em Martins, Corsi e Chairmen (2007), é dito que essa seleção pode ser feita com base em uma matriz de sensibilidade, de forma a determinar o acoplamento entre os geradores e as barras do sistema. Neste trabalho, em específico, o programa ANAREDE foi utilizado para realização dessa análise de sensibilidade, determinando quais geradores têm suas gerações de potência reativa com maior acoplamento a tensão de barras piloto, e quais são seus fatores de participação correspondentes.

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7.2.3 Formulação matemática do controle secundário de tensão

Nesta subseção é apresentada, brevemente, a formulação adotada neste trabalho para o CST, com base em Passos Filho (2000). Uma barra piloto é definida como sendo do tipo PQV e sua tensão é regulada pela atuação coordenada de dois ou mais geradores/compensadores síncronos, de acordo com seus fatores de participação. A modelagem adotada é feita através da inclusão das equações de controle no problema de fluxo de potência, internamente à Matriz Jacobiana, em que as potências reativas geradas são consideradas variáveis de estado. A Figura 33 apresenta uma topologia genérica do CST.

Figura 33 – Exemplo genérico do CST feito por geradores/compensadores síncronos.

Fonte: Retirado dePassos Filho(2000).

De acordo comPassos Filho(2000), as equações de controle (Equações (7.1)) devem ser introduzidas no problema de fluxo de potência, considerando uma barra genéria “m” como tipo PQV. O parâmetro α equivale ao fator de participação de cada gerador ou compensador síncrono em relação ao subsequente, a fim de controlar a tensão da barra “m”. QG,1− α12· QG,2 = 0 QG,2− α23· QG,3 = 0 .. . QG,(ng−1)− α(ng−1)(ng)· QG,ng = 0 Vm− Vmesp = 0 (7.1)

Para verificação da convergência das equações de fluxo de potência deve-se analisar, além dos resíduos de potência ativa e reativa das barras, os resíduos obtidos pelas equações

de controle, conforme as Equações (7.2). ∆y1 = α12· QG,2− QG,1 ∆y2 = α23· QG,3− QG,2 .. . ∆y(ng−1) = α(ng−1)(ng)· QG,ng− QG,(ng−1) ∆yng = Vmesp− Vm (7.2)

Passos Filho(2000) destaca que a modelagem proposta para o CST foi baseada no modelo de controle de tensão em barras remotas, em que as potências reativas geradas de cada gerador são consideradas novas variáveis de estado do sistema, sendo dadas pelas Equações (7.3). ∆x1 = ∆QG,1 ∆x2 = ∆QG,2 .. . ∆xng = ∆QG,ng (7.3)

Após a solução do sistema linear, a cada iteração, são determinadas as corre- ções ∆QG,1,∆QG,2, . . . ,∆QG,ng, e os valores das potências reativas geradas devem ser atualizados, de acordo com as Equações (7.4).

Q(h+1)_G,1 = Q(h)_G,1+ ∆Q(h)_G,1 Q(h+1)_G,2 = Q(h)_G,2+ ∆Q(h)_G,2 .. . Q(h+1)_G,ng = Q(h)_G,ng+ ∆Q(h)_G,ng (7.4) 7.3 CONSIDERAÇÕES FINAIS

Neste capítulo foi introduzido o conceito de aplicação do CST no processo de construção de RSEs. Foi realizada uma breve revisão, onde foi citada uma metodologia para determinação de barras piloto em uma área de controle de tensão, que no caso deste trabalho, deve coincidir com uma área de um grupo de geração, e também a formulação matemática do CST. No Capítulo 8, é realizado um estudo para demonstrar que a utilização adequada do CST pode proporcionar melhorias significativas na região segura do limite de tensão de uma RSE.

8 RESULTADOS

8.1 CONSIDERAÇÕES INICIAIS

Com objetivo de avaliar e validar as metodologias propostas, bem como as funcio- nalidades implementadas na ferramenta computacional desenvolvida, neste capítulo, são apresentados os resultados obtidos tanto para validação quanto para a investigação das RSEs associadas a alguns sistemas de potência teste.

As simulações foram realizas em três sistemas teste de pequeno e médio porte: a) sistema tutorial 9 barras;

b) sistema teste New England; c) sistema teste IEEE nórdico.

Todas as simulações apresentadas neste capítulo foram realizadas utilizando um computador com processador Intel Core i5-4210U 1,7GHz, 4GB de memória RAM, SSD A400 Kingston de 480GB e sistema operacional Windows 10 64-bit.