SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ... 116 2 ASPECTOS OPERACIONAIS DO FLUPOT ... 117
2.1 FUNÇÕES OBJETIVO ... 117 2.2 CONTROLES ... 118 2.3 RESTRIÇÕES ... 118 2.4 CAPACIDADES DA VERSÃO ACADÊMICA ... 119
3 EXECUÇÃO DO FLUPOT ATRAVÉS DO ANAREDE ... 120
3.1 OTIMIZAÇÃO DE UM SISTEMA DE 5 BARRAS ... 120 3.2 ANÁLISE DE DADOS ... 127
1 INTRODUÇÃO
Este guia prático de utilização do FLUPOT foi desenvolvido pelos autores como base no próprio Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Este documento não visa ser um curso completo sobre o referido software, muito menos substituir o Manual de Utilização original do FLUPOT ou eventuais cursos ministrados pelo CEPEL.
O FLUPOT pode ser utilizado de duas formas: isolado, através de linhas de comando; ou diretamente através de interface gráfica do ANAREDE (Versão 10 ou posterior). Por questões didáticas e por se tratar de um guia de utilização rápido, o foco será a utilização do FLUPOT através do ANAREDE.
Para o desenvolvimento deste guia, foram utilizadas as verões acadêmicas do ANAREDE (Versão 10.00.01) e do FLUPOT (Versão 07.04.03), ambos licenciados para Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Para obter um melhor aproveitamento, é aconselhável que o usuário já possua algum conhecimento prévio sobre Fluxo de Potência, Fluxo de Potência Ótimo e uso do ANAREDE.
2 ASPECTOS OPERACIONAIS DO FLUPOT
Para execução do programa o usuário deve especificar, além dos dados da rede elétrica CA, a função objetivo e a relação de controles disponíveis a serem consideradas na otimização. Se necessário, pode-se ainda definir uma lista de contingências e restrições operacionais.
2.1 FUNÇÕES OBJETIVO
As funções objetivo definem quais as variáveis e condições do sistema a serem otimizadas. Estas funções podem ser minimizar os custos, perdas, reduzir os custos de geração e injeção de potência no sistema, dentre outros. As funções objetivo disponíveis no FLUPOT são:
• Custo de Geração de Potência Ativa; • Desvio de Potência Ativa;
• Perdas;
• Custo de Corte de Carga; • Desvio de Intercâmbio;
• Número de Controles Alterados; • Controle de Tensão;
• Custo de Geração de Potência Reativa; • Custo de Injeção de Potência Ativa; • Custo de Injeção de Potência Reativa; • Custo de Instalação de Shunt Reativo; • Custo de Instalação de Capacitor Série; • Máximo Carregamento;
• Máxima Transferência; e • Pedágio.
Para informações detalhadas sobre definições e equacionamentos, consultar o Manual do FLUPOT.
2.2 CONTROLES
Um sistema elétrico de potência não se resume somente por geradores e cargas, mas sim por uma série de dispositivos de controle que influenciam diretamente na operação. Os controles que podem ser considerados ou alterados para atingir a otimização são:
• Relação de Controles; • Geração de Potência Ativa; • Tensão em Barra PV;
• Geração de Potência Reativa; • Tap dos LTC’s;
• Ângulo de Defasamento dos Defasadores; • Susceptância Shunt de Capacitor/Indutor; • Reatância de Capacitor Série;
• Ângulo de Conversor;
• Potência ou Corrente do Elo CC;
• Tensão na Barra de Referência do Elo CC; e • Compensador Estático de Reativo.
A escolha dos controles devem ser coerentes com o estudo a ser realizado e a função objetivo escolhida.
2.3 RESTRIÇÕES
O usuário pode especificar ainda restrições de caráter físico e/ou operacionais a serem consideradas na otimização. As opções disponíveis são:
• Limites de Geração de Potência Ativa; • Limites de Geração de Potência Reativa; • Limites de Tap dos LTC’s;
• Limites de Ângulo de Defasamento; • Limites de Tensão;
• Limites de Injeção de Potência Ativa; • Limites de Injeção de Potência Reativa;
• Limites de Susceptância Shunt de Capacitor/Indutor; • Limites de Reatância de Capacitor Série;
• Limites de Carregamento nos Circuitos; • Limites de Fator de Potência; e
• Restrições Especiais.
2.4 CAPACIDADES DA VERSÃO ACADÊMICA
Como foi utilizada a versão acadêmica do FLUPOT, a dimensão dos sistemas é bastante limitadas em relação à versão completa. Porém, mesmo com esta limitação, o FLUPOT atende a maioria das aplicações acadêmicas. A Tabela 1 mostra as limitações da versão acadêmica.
Tabela 1 – Comparação entre as versões Completa e Acadêmica do FLUPOT
Parâmetro Versão Completa Versão Acadêmica
Número de barras 10.000 30 Número de circuitos 20.000 60 Número de transformadores 16.000 18 Número de transformadores LTC 9.600 10 Número de geradores 5.000 11 Número de contingências 100 50
3 EXECUÇÃO DO FLUPOT ATRAVÉS DO ANAREDE
O FLUPOT pode ser executado diretamente através do ANAREDE. Após instalar o FLUPOT, aparecerão automaticamente ferramentas e menus exclusivos do FLUPOT dentro do ANAREDE.
3.1 OTIMIZAÇÃO DE UM SISTEMA DE 5 BARRAS
Para ilustrar o funcionamento do FLUPOT, inicialmente é apresentado um caso de cinco barras, cujos dados, após a execução do Fluxo de Potência no ANAREDE, podem ser observados na Tabela 2. O Fluxo de Potência deve ser previamente executado no ANAREDE, pois será considerado com Caso Base.
O sistema é composto por cinco barras, dois geradores e uma carga. A barra de tipo 2 representa uma barra de referência; a barra de tipo 1 é uma barra PV; e as barras de número 0 são barras de carga, ou seja, barras PQ.
Tabela 2 – Sistema de 5 barras
Barra Nome Tipo Geração Carga
P (MW) Q (MVAr) P (MW) Q (MVAr) 1 Maq1 2 30,25 23,27 - - 2 Maq2 1 90,00 10,15 - - 10 Barra_Term_1 0 - - - - 20 Barra_Term_2 0 - - - - 30 Barra_PQ 0 - - 120,00 0,00 Fonte: ANAREDE-FLUPOT
Após ter executado o Fluxo de Potência com sucesso no ANAREDE, é necessário definir a função objetivo e controles que irão atuar para otimizar este sistema. Para acessar estas ferramentas, deve-se ir no menu “Dados”, “Otimização” e, finalmente, “Opções”. Dentro deste sub-menu estão disponíveis as seguintes opções: “Controles...”; “Restrições...”; “Funções Objetivo...”; e “Limites de Tensão...”, conforme pode ser observado na Figura 1.
Figura 1 – Menu de otimização do FLUPOT no ANAREDE Fonte: Autoria Própria
Neste exemplo será otimizada a geração de potência ativa, ou seja, esta função representa o despacho econômico da rede, visando minimizar os custos de geração de potência ativa, que podem ser representados como funções lineares:
! = !!"∗ !"! !"!!
(3.1)
Onde:
• !! conjunto de geradores controláveis de potência ativa; • !!" custo de geração ativa do gerador !; e
• !"! geração de potência ativa do gerador !.
Inicialmente definem-se as funções objetivo. Para isso dentro do menu
“Dados”, “Otimização”, “Opções”, seleciona-se “Funções Objetivo...”. Uma nova
Figura 2 – Janela das funções objetivo Fonte: Autoria Própria
Nota-se que algumas caixas não estão disponíveis para seleção, como por exemplo, a função “Custo de Geração de Potência Ativa (CGMW)”, que será objeto de estudo. Para que as caixas de seleção se tornem disponíveis é necessário definir alguns parâmetros da função objetivo correspondente, neste caso, DGEP.
Ao clicar no botão DGEP, abre-se uma nova janela, onde devem ser inseridos os dados referentes à geração de potência ativa no sistema. Nesta função objetivo só podem ser inseridos dados de barras que possuam geração própria, isto é, barras de Referência ou barras PV.
A Figura 3 ilustra esta janela DGEP. Para inserir os dados dos geradores, deve-se inserir um número de linhas correspondente ao número de geradores disponíveis, neste caso, dois.
Figura 3 – Inserção de dados DGEP Fonte: Autoria Própria
Nas linhas devem ser selecionadas as barras geradoras e informar dados como potências ativas mínimas e máximas para cada gerador, e o custo da geração em k$/MW. Neste caso foi definido que o Gerador 1 irá atuar entre 20 e 80 MW a 400 $/MW e o Gerador 2 atuará entre 50 e 100 MW a 500 $/MW.
Figura 4 – Validação dos dados DGEP Fonte: Autoria Própria
Deve-se atentar, que antes de fechar a janela é preciso validar as linhas. Para validar basta selecionar e clicar no botão correspondente para validação de linhas, como mostra a Figura 4, caso negativo a função objetivo permanecerá indisponível.
Após definir os dados de geração de potência ativa e validar os dados inserido, a função objetivo “Custo de Geração de Potência Ativa (CGMW)” passa a ficar disponível para seleção, conforme Figura 5. Seleciona-se a função e confirma a ação.
Figura 5 – Função objetivo definida e selecionada Fonte: Autoria Própria
Antes de executar o Fluxo de Potência Ótimo, deve-se selecionar um controle adequado, caso negativo a função não será executada. Seguindo o caminho “Dados”, “Otimização”, “Opções”, seleciona-se agora “Controles...”. Uma nova janela abre trazendo os controles disponíveis, conforme mostra a Figura 6.
Figura 6 – Janela de controles para otimização Fonte: Autoria Própria
Neste caso, como queremos otimizar a geração de potência ativa, seleciona-se como controle “Geração de Potência Ativa (PGEN)”. Como os dados referentes ao item DGEP já foram definidos anteriormente, não se faz necessário abri-lo novamente. Após confirma-se a seleção do controle.
Este controle atua no sentido de permitir com que as potência ativa em cada um dos geradores possa sofrer modificações a fim de se obter a otimização do sistema como um todo.
Tendo sido definidos função objetivo e controle, é possível executar o Fluxo de Potência Ótimo. Voltando à interface inicial do ANAREDE, nas caixas de ferramentas, nota-se que há uma espécie de seta azul escrita FPO. Este botão abre uma nova janela que é a execução da otimização, como mostra a Figura7.
Nesta janela é possível selecionar os relatórios de otimização que desejam ser visualizados. Neste caso foram selecionados relatórios de barras, de geradores e de variação de controles.
Figura 7 – Execução do Fluxo de Potência Ótimo Fonte: Autoria Própria
Figura 8 – Janela de relatórios Fonte: Autoria Própria
Após selecionar os relatórios de interesse e executar o Fluxo de Potência Ótimo, abre-se uma janela constando quatro arquivos de texto: o “Sumario.out” contém os valores obtidos para a função objetivo; o “Relat.out” trás os valores obtidos para cada componente do sistema (geradores, barras, circuitos, etc.); o
“Completo.out” com dados das iterações; e o “Dados.out” nos informa das funções e
códigos utilizados durante o processo iterativo. Os referidos relatórios encontram-se integralmente no final deste guia.
3.2 ANÁLISE DE DADOS
Através dos relatórios é possível analisar o que ocorreu no sistema em função dos critérios de otimização previamente estabelecidos. Como o Gerador 1 possui um custo de geração de potência ativa menor que o Gerador 2, 400 $/MW contra 500 $/MW, respectivamente, espera-se que ele injete mais potência ativa na rede do que o Gerador 2.
Nota-se que com estes critérios, atingiu-se a otimização em $ 53.130,00 para atender a carga de 120 MW através da contribuição de 69,7 MW do Gerador 1 e 50,5 MW do Gerador 2, sendo que antes da otimização este custo era de $ 57.080,00, ou seja, uma redução de 7%. As perdas ativas ficaram em 0,21 MW.
Na Tabela 3 consta os dados do “Relatório de Variação de Controles”, que mostra a variação da potência ativa gerada em cada máquina após a otimização pelo FLUPOT, em comparação com o caso base do ANAREDE, onde o custo não era levado em consideração.
Tabela 3 – Variação da potência ativa gerada
Barra Nome Potência Ativa Gerada (MW)
Inicial Variação Final
1 Maq1 30,2 39,4 69,7
2 Maq2 90,0 -39,5 50,5
Fonte: ANAREDE-FLUPOT
A Tabela 4 mostra o resultado do estado da rede para o despacho otimizado do sistema. Estes dados são obtidos do “Relatório de Barras”.
Tabela 4 – Estado da rede para minimização do custo de geração de potencia ativa
Nome Tipo
Tensão Geração Carga
Módulo (p.u.) Ângulo (graus) Ativa (MW) Reativa (MVAr) Ativa (MW) Reativa (MVAr) Maq1 2 1,017 0,0 69,7 23,3 - - Maq2 1 1,038 -4,2 50,5 10,2 - - Barra _Term_1 1 0,981 -8,0 - - - - Barra _Term_2 0 1,031 -6,1 - - - - Barra_PQ 0 0,974 -14,5 - - 120,0 - Fonte: ANAREDE-FLUPOT
Isto mostra que inserindo uma função custo ao sistema, o resultado pode ser muito diferente do que obtido através do Fluxo de Potência convencional, que não leva estes fatores em consideração.
4 CONCLUSÃO
O FLUPOT foi concebido pelo CEPEL como uma ferramenta para facilitar a análise de problemas envolvendo Fluxo de Potência Ótimo. Nas versões mais recentes, devido a compatibilidade com o ANAREDE, ele está mais amigável e fácil de utilizar, se comparado com as versões iniciais em formato de linhas de comando.
O objetivo deste guia, foi apresentar o FLUPOT, suas características e utilização através de um exemplo prático. Cabe-se ressaltar que o FLUPOT realiza também soluções para funções multi-objetivo, porém a precisão do resultado será inferior às mesmas funções aplicadas individualmente.
Para informações detalhes das funções objetivo, controles e restrições, aconselha-se consultar o Manual do FLUPOT.