Reguladores de Tensão

Em um sistema de distribuição, a demanda de potência pelas cargas varia periodicamente, e, portanto, a regulação de tensão em determinadas barras torna-se necessária para que o fornecimento de energia nos extremos (ponto de acesso de consumidores) esteja dentro das especificações técnicas predefinidas. Nesses sistemas, um tipo especial de transformador é utilizado para controlar automaticamente, por meio de compensação, o módulo da tensão de uma determinada fase que alimenta cargas e outros equipamentos à jusante (posteriormente) do local onde o mesmo se encontra. Os reguladores de tensão mantêm níveis adequados de tensão em locais específicos do sistema elétrico diante das variações das cargas. São equipamentos de transformação que elevam ou reduzem o nível de tensão em uma linha de distribuição para garantir uma discrepância controlada em relação à tensão de referência especificada. Os reguladores com passos de ajuste, com mudança de tap de carga (Load Tap

Changer) e capacitores shunt são os mais comuns.

O regulador de tensão ajustável por passos é modelado como um autotransformador com tap regulável discretamente em níveis que dependem da faixa de variação de tensão (largura de banda) e da quantidade de posições de ajuste. Os reguladores – trifásicos ou monofásicos – podem ser inseridos em qualquer segmento de linha, inclusive internamente à subestação. As posições de regulação do tap são definidas por ajuste em um circuito compensador cujas especificações são: nível de tensão ou tensão desejada, largura de banda, compensador, razão de espiras do transformador de potencial que alimenta o circuito compensador e o valor nominal da corrente no lado primário do transformador de corrente que alimenta o circuito compensador. Outras informações, como a localização do equipamento, a identificação das fases monitoradas e o tipo de conexão às fases, também são necessárias. No modelo concebido para o regulador trifásico, existem três transformadores monofásicos

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independentes com razão de transformação real, ou seja, não há deslocamento no ângulo da fase. Cada tap referente a um dos três enrolamentos é ajustado independentemente dos demais. A posição efetiva do tap é mais importante do que a razão de transformação real de cada par de enrolamentos para se determinar a regulação do equipamento. Se cada posição do tap efetua uma mudança de 0,00625 p.u., por exemplo, então a razão efetiva do regulador torna-se:

(4.20)

No cálculo do fluxo de potência trifásico, os reguladores integram a estrutura de dados que representam o componente de interconexão entre duas barras. Em cada uma das fases, há uma impedância-série acoplada a um transformador ideal com tap ajustável no lado secundário. Inicialmente, as posições dos taps são ajustadas para um valor padrão conhecido. Durante a execução do algoritmo de varredura, os taps serão modificados para reduzir ou aumentar o nível de tensão de maneira a mantê-la o mais próximo possível do valor base . O regulador modifica apenas as magnitudes das tensões da barra controlada por ele e das barras posteriores. A Figura 4.5 mostra o modelo adotado para o regulador de tensão.

Figura 4.5 – Modelo adotado para reguladores de tensão.

O regulador de tensão é um componente amplamente utilizado em sistemas de distribuição, especialmente os brasileiros. Cada regulador tem uma quantidade máxima de degraus que permite ao mesmo atuar em uma faixa de regulação. O modelo adotado para o regulador de tensão é descrito pela equação a seguir (PEREIRA, 2009):

(4.21)

em que _{é o número de posições para elevar ou reduzir a tensão, corresponde à faixa de} regulação percentual característica do equipamento, e são tensões de entrada e saída nos terminais do regulador. O valor do _{de operação é calculado pela seguinte expressão:}

Modelo Regulador De Tensão Barramento com tensão controlada

Barra m Barra n Barra o

yreg

Razão 1:nr

Barra m Barra n

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{( _} (4.22) sendo que a função _{correponde ao arredondamento do argumento para o valor inteiro} mais próximo.

4.3.6.1 Ajuste de taps – integração do regulador ao MVRD

A forma como o modelo do regulador de tensão com ajuste de passo (RTAP) é integrado ao fluxo de potência pode afetar a convergência do método de varredura e, com isso, diferentes ajustes podem ser obtidos. Duas abordagens são usadas na consideração de RTAPs no MVRD- AC como foi feito em (RIBEIRO et al., 2012).

A primeira, denominada de ajuste simultâneo, é a mais simples e direta. Ela consiste na execução do MVRD-AC com a admissão de que todos os RTAPs tenham ajustes pré-fixados para a posição neutra, o que equivale desconsiderar os efeitos dos RTAPs no sistema. Em seguida, os taps são ajustados de acordo com os parâmetros R e X de cada circuito compensador e com os valores de corrente e tensão encontrados ao final da primeira execução do MVRD-AC. Uma nova execução é então realizada para que todos os RTAPs tenham seus taps ajustados. Os valores finais de tensão e corrente no sistema são admitidos como a solução final para o fluxo de potência.

A segunda abordagem emprega o ajuste hierárquico. Antes da execução do fluxo, uma hierarquia para os RTAPs do sistema é estabelecida. O primeiro nível hierárquico contém os RTAPs imediatamente acessíveis a partir da barra raiz (NPP). O segundo nível hierárquico contém os RTAPs que são ligados ao NPP por um caminho que contém necessariamente um único RTAP, já o terceiro nível é formado por aqueles RTAPs que estão ligados ao NPP por meio de um caminho que passa por dois RTAPs associados aos níveis 2 e 1, e assim sucessivamente. A primeira execução do método de fluxo de potência (MFP) é usada para se ajustar os taps dos reguladores de primeiro nível. Em seguida, uma execução do MFP é realizada, sem alterações de taps, para se garantir apenas a convergência dos valores de tensão nos demais trechos do alimentador. A partir daí, uma nova execução do MFP é feita para o ajuste dos taps nos reguladores do segundo nível, acompanhada de outra execução para estabilizar os valores de tensão no alimentador. Esse processo é repetido até que se atinja o nível hierárquico mais baixo. Finalmente, uma última execução do MFP assegura a convergência global do processo. Nas simulações realizadas, a segunda abordagem foi escolhida por se mostrar mais eficaz.