Ferramenta computacional

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 Todo o lixo gerado pelos moradores de todas as residências em estudo é coletado e destinado à geração de energia elétrica a partir da biomassa desses resíduos;

 O lixo coletado com o fim de geração de energia tem a composição química típica, conforme mostrado no capítulo 2.

 Para fins de estudo da atuação do smart grid, considera-se ainda que todas as residências estejam equipadas com o novo medidor digital, permitindo a atuação com disjuntores para desligar parcialmente ou totalmente as cargas;

 A tensão da rede de distribuição é de 13,8 kV, valor padronizado no sistema elétrico brasileiro;

 Todo o estudo feito para o sistema proposto consideram que os equipamentos operam em regime permanente e a rede não apresenta chaveamentos;

 Há transformadores específicos para residências assim como para comércios, cada um com sua curva de carga;

 Os transformadores são modelados considerando-se suas impedâncias série, visto que, sendo o alimentador curto e nesse nível de tensão, a susceptância shunt pode ser desprezada;

 As cargas são do tipo potência constante.

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surge à necessidade de um programa que realize esse cálculo de forma rápida e que forneça os resultados de maneira clara e prática. Para isso, utilizou-se o programa MatLab (Matrix Laboratory) e o pacote de ferramentas MatPower.

Para gerar os diversos casos de fluxo de potência utilizou-se o pacote MATPOWER, distribuído de maneira livre e desenvolvido especialmente para esta função. Como ele foi projetado para ser utilizado por pesquisadores e educadores, o emprego desta ferramenta aconteceu de maneira prática, pois seus códigos são fáceis de usar e modificar.

(ZIMMERMAN, MURILLO-SÁNCHEZ e THOMAS, 2011).

O MatPower roda o fluxo de carga a partir de pelo menos três dados de entrada: a matriz bus, a matriz generator e a matriz branch. A matriz bus é a matriz das barras do sistema, 40 no caso estudado. Ela contêm várias informações como o tipo de cada barra e a carga presente nela. A matriz generator diz respeito às barras onde há geração. Nesta matriz são determinadas informações de cada barra de geração, como a tensão máxima e mínima e as potências geradas. A matriz branch, por sua vez, indica todas as ligações entre barras no sistema, informando ainda parâmetros dos condutores que realizam essas ligações.

Como resultado do fluxo de carga o MatPower fornece as tensões e seus respectivos ângulos em cada uma das barras do sistema, além da carga em cada um desses pontos.

Fornece ainda uma outra matriz com os fluxo de potência ativa e reativa para cada uma das ligações entre as barras fornecidas na matriz branch.

3.2.2.2 Dados de entrada do programa

O código foi construído no MatLab e utilizando a ferramenta MatPower diversas vezes durante sua realização de forma a obter a análise desejada. Várias situações serão discutidas, para determinados arranjos e valores de geração distribuída, assim, alguns parâmetros de entrada foram necessários para que o programa possa realizar diversas simulações utilizando o mesmo código. Os parâmetros de entrada necessários para as simulações estão listados abaixo:

 Barras com geração – Esse parâmetro de entrada é utilizado na determinação de quais barras terão geração distribuída. Consiste em uma matriz que contem a

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informação de existência de geração na barra k. Ocorrendo geração o elemento [1,k] da matriz deve ser igual a “1”, caso contrário, deve ser “0”;

 Concentração de metano – Este parâmetro pode variar de acordo com o processo de obtenção e de purificação do biogás. Nas simulações aqui estudadas este valor será igual a 80%;

 Poder calorífico inferior – Assim como a concentração de metano, esse parâmetro também pode variar de acordo com o biogás produzido, sua unidade é kcal/m³;

 Fator de conversão – O fator de conversão consiste na vazão de biogás que se tem para cada quantidade de lixo disponível. Sua unidade é ;

 Número de lotes – Número de casas ou comércios contidos em cada uma das barras de carga, igual a 72;

 Quantidade de lixo por pessoa – Esta variável indica a quantidade de lixo por pessoa por dia, 2,45 kg. Porém pode ser alterada caso queira considerar que o lixo gerado por uma pessoa será acrescido pelo lixo gerado por pessoas dos grupos residenciais ou comerciais vizinhos;

 Eficiência do gerador – Eficiência do grupo motor-gerador utilizado, tem o seu valor definido pelo fabricante;

 Número de pessoas – Indica o número de pessoas considerado para cada um dos 72 lotes de cada grupo consumidor.

3.2.2.3 Limites utilizados

Para a realização da simulação, foi necessário estabelecer padrões de qualidade na distribuição da energia elétrica, pois a inserção de potência na rede elétrica pode gerar problemas como a sobrecorrente e sobtensão. Desta forma, deve-se respeitar limites para esses dados para que o sistema garanta um bom funcionamento.

Para a corrente o fator limitante foi de 1 pu, já que refletem a ultrapassagem da corrente nominal nos transformadores. O algoritmo calcula a corrente e com ela um percentual em relação à sua corrente nominal, assim, caso o valor seja superior a 1 pu, o programa interpreta isso como um valor crítico e utiliza o smart grid para corrigi-lo.

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Para o critério da faixa de tensão em 380 V foi utilizada a margem estabelecida pela CEB em sua norma NTD 6.01 de dezembro de 2005, que determina que a tensão aceitável é entre 348 e 396 V. Já para a faixa de tensão em 13,8 kV, utilizou-se um conjunto de normas disponibilizado pela ANEEL com diretrizes para o bom relacionamento entre as distribuidoras de energia elétrica e demais agentes (unidades consumidoras e centrais geradores) conectados aos sistemas de distribuição.²⁰ O Quadro 3.6 mostra as faixas de tensões adequadas para sistemas de distribuição. É importante ressaltar ainda que os valores limites de tensão apresentados no Quadro 3.6 representam aproximações dos resultados exatos para a conversão da faixa aceitável para a tensão para pu.

Quadro 3.6 Faixas aceitáveis para a variação da tensão.

Tensão de referência (TR)

Faixa aceitável de variação da tensão

Faixa aceitável de variação da tensão (pu)

13,8 kV 12,83 kV ≤ Tensão ≤ 14,49 kV 0,930 TR ≤ Tensão ≤ 1,050 TR 380 V 348 V ≤ Tensão ≤ 396 V 0,915 TR ≤ Tensão ≤ 1,040 TR

Fonte: ANEEL (2008) e CEB (2005).

Desta forma, para o presente trabalho será considerado como dentro da faixa de tensão adequada as tensões entre 0,915 e 1,05 pu.