3. CONTROLE HIERÁRQUICO DE TENSÃO
3.3. O CONTROLE TERCIÁRIO
O controle terciário por sua vez ocupa o último nível hierárquico e é responsável pela otimização do perfil de tensão do sistema, através da variação das tensões de referência das barras piloto e dos fatores de participação dos geradores participantes do controle secundário, garantindo segurança e economia operativa [05].
Geralmente neste nível de controle são utilizados programas de otimização off-line (fluxo de potência ótimo) baseados em estudos de previsão da demanda de curto prazo e executados em intervalos de tempo regulares, entre 15 e 30 minutos, ou por requisição do operador.
Os principais esquemas de controle terciário de tensão efetivamente implantados e em operação são os esquemas italiano, francês e belga.
3.3.1.
O Esquema Italiano
O nível terciário italiano tem como objetivo a coordenação de forma centralizada das ações realizadas pelo controle secundário de tensão, definindo em tempo real os valores ótimos das tensões para as barras piloto e das referências de potência reativa das unidades controladas, utilizadas nos controladores secundários. O cálculo destas variáveis é realizado através de um programa de otimização, locado no Centro Nacional de Controle, que minimiza um índice de desempenho baseado no desvio quadrático de tensão das barras piloto e da referência de potência reativa das unidades controladas em relação aos valores ótimos previstos. Este índice de desempenho pode ser escrito na seguinte forma:
] [ ] [ ] [ ] [ 2 2 Aref T Aref A ref T ref V V q q q q V V OF = − β − + − γ − (3-25) onde: A q
V , são os vetores das medidas em tempo-real das tensões das barras piloto e do
nível de geração de potência reativa das áreas respectivamente;
Aref ref q
V , são os vetores dos valores ótimos previstos para a tensões das barras piloto
e o nível de geração de potência reativa das áreas respectivamente;
γ
As matrizes de peso β, asseguram o compromisso entre a manutenção do perfil de γ tensão do sistema em seu estado ótimo e a necessidade de maximizar as margens de operação do sistema.
Os valores ótimos das barras piloto Vref e dos níveis de geração de potência reativa das áreas de controle qAref , são calculados através de um fluxo de potência reativa ótimo com um dia de antecedência baseado no despacho previsto para as usinas e nos valores previstos de carga. A função objetivo utilizada nesta tarefa é a minimização das perdas ativas do sistema.
Como são utilizadas funções de previsão, executadas com um dia de antecedência, os valores obtidos para Vref e qAref somente são efetivamente impostos se não ocorrerem mudanças no modelo da rede utilizada para a previsão, e o modelo atual do sistema. Quando ocorre alguma mudança os valores ótimos calculados podem deixar de ser ótimos, sendo que em muitos casos são até infactíveis.
Na ocorrência de uma mudança estrutural do sistema, uma nova função é então executada. Esta função é denominada de reprogramação de curto-prazo e é executada baseada no ponto de operação atual do sistema, fornecido em tempo-real por um estimador de estados, e nos valores de carga obtidos por um programa de previsão de carga de curtíssimo prazo.
3.3.2.
O Esquema Belga
O controle terciário de tensão belga foi implementado no final da década de 90 conjuntamente com a instalação de um novo EMS no centro de despacho de Linkebeek [10]. As principais funções deste novo EMS relacionadas ao controle de tensão potência reativa são o Estimador de Estados e o Controlador Terciário de Tensão.
O Controlador Terciário de Tensão é baseado na minimização de uma função objetivo quadrática na forma apresentada pela equação (3-26).
2 1 ) .( i i N i i OBJ w u uref F =
∑
− = (3-26) onde,i
w = peso da i-ésima variável de controle;
i
u = valor da i-ésima variável de controle;
i
uref = “alvo” da i-ésima variável de controle.
A minimização da equação (3-26) é realizada considerando algumas restrições referentes à capacidade de geração de potência reativa das unidades de geração, os limites mínimos e máximos de tensão do sistema, o fluxo de potência de determinados corredores de transmissão e a importação/exportação de potência reativa de sistemas vizinhos. Estas restrições podem ser “hard” ou “soft” dependendo das circunstâncias. Por exemplo, os limites de geração são considerados restrições “hard” enquanto que limites de tensão são considerados restrições
“soft”, impostas por fatores de penalidade.
Em sua implementação atual o esquema de controle terciário belga conta com três tipos de variáveis de controle: tensão terminal das unidades de geração, status de banco de capacitores e os taps dos transformadores.
A implementação do controle terciário belga exige o gerenciamento de alguns processos descritos a seguir:
a) Determinação dos pesos das variáveis de controle
Os pesos w são ajustados arbitrariamente “1” para os taps dos transformadores i
enquanto que para as unidades de geração e banco de capacitores os pesos são calculados pela equação (3-27). i i Range S w = (3-27) onde,
S = sensibilidade de tensão em relação a injeção de potência reativa para todas as unidades de geração e banco de capacitores;
i
Range = capacidade de operação da i-ésima variável de controle, por exemplo,
b) Determinação dos “targets”
Os valores dos “targets” para os geradores e capacitores são zero. Os valores dos
“targets” para os taps dos transformadores são calculados baseados na:
relação de transformação atual do transformador;
correção para a máxima tensão na barra de baixa tensão;
compensação da queda de tensão devido a mudança de cenário de carga; limites de transferência de potência reativa.
c) Processo de Otimização
O processo de otimização é realizado através de um algoritmo de programação linear, considerando a função objetivo (3-26) linearizada por segmentos. Os passos que compõem o processo de otimização são descritos a seguir:
cálculo de um fluxo de potência baseado no resultado do estimador de estados;
determinação da função objetivo;
otimização considerando todas as variáveis como contínuas; determinação dos status dos banco de capacitores;
otimização considerando os status dos bancos de capacitores fixos e as outras variáveis como contínuas;
determinação da posição dos taps dos transformadores;
última otimização considerando somente a injeção de potência reativa dos geradores como variáveis de controle.
O resultado do processo de otimização realizado no Controlador Terciário de Tensão é imposto aos equipamentos do sistema através do SCADA, através do envio de arquivos específicos enviando via ftp aos computadores front-end.