Método de Alocação de Reguladores de Tensão na Rede de Distribuição de Energia Elétrica

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

TIAGO VINÍCIUS TRAVAGLIA LEITE

Método de Alocação de Reguladores de Tensão na Rede de Distribuição de Energia Elétrica

UNEMAT – Campus de Sinop

2016/2

UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MATO GROSSO FACULDADE DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

TIAGO VINÍCIUS TRAVAGLIA LEITE

Método de Alocação de Reguladores de Tensão na Rede de Distribuição de Energia Elétrica

Projeto de Pesquisa apresentado à Banca Examinadora do Curso de Bacharelado em Engenharia Elétrica – UNEMAT, Campus Universitário de Sinop – MT, como pré-requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica.

Prof. Orientador: Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima.

UNEMAT – Campus de Sinop

2016/2

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO

1. Título: Método de Alocação de Reguladores de Tensão na Rede de Distribuição de Energia Elétrica.

2. Tema: Sistemas Elétricos de Potência.

3. Delimitação do Tema: Transmissão da Energia Elétrica, Distribuição da Energia Elétrica.

4. Proponente: Tiago Vinícius Travaglia Leite 5. Orientador: Rogério Lúcio Lima

6. Estabelecimento de Ensino: Universidade do Estado de Mato Grosso – campus Sinop/MT.

7. Público Alvo: Concessionárias de energia elétrica e consumidores finais.

8. Localização: Avenida dos Ingás, 3001, Jardim Imperial Sinop – MT, CEP 78555-000.

9. Duração: 1 ano

SUMÁRIO

DADOS DE IDENTIFICAÇÃO ... III

1.0INTRODUÇÃO ... 5

2.0 PROBLEMATIZAÇÃO ... 6

3.0 JUSTIFICATIVA ... 7

4.0 OBJETIVOS ... 8

4.1 OBJETIVO GERAL ... 8

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 8

5.0 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ... 9

5.1 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO ... 9

5.2 GERADORES ... 10

5.3 SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO ... 11

5.4 - CARGAS ... 12

5.5 FLUXO DE POTÊNCIA (FP) ... 13

5.5.1 Método Da Matriz Nodal Implícita ... 13

5.6 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA (QEE) ... 14

5.7 ESTRATÉGIAS EMPREGADAS NO MELHORAMENTO DO PERFIL DE TENSÃO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ... 16

5.8 METODOLOGIAS APLICADAS PARA REGULAÇÃO DE TENSÃO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA ... 16

5.9 INSTRUMENTOS USADOS PARA REGULAGEM DE ENERGIA ELÉTRICA...18

5.9.1 BC... ... 19

5.9.2 Reguladores de Tensão (RT) ... 20

5.9.3Autoboster ... 20

5.9.4 Line-Drop Compensation (LDC) ... 20

5.9.5 32 Degraus ou (OLTC) ... 21

5.10 ESTABILIDADE DE TENSÃO ... 22

5.11 ANÁLISE DINÂMICA ... 23

5.12 ANÁLISE ESTÁTICA ... 23

5.13 ALGORITMOS GENÉTICOS (AG) ... 23

6.0 METODOLOGIA ... 26

7.0 RECURSOS MATERIAIS ... 27

REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO ... 28

1.0 INTRODUÇÃO

Com novos dispositivos eletroeletrônicos mais sensíveis as variações de tensão da rede, o aumento de carga no sistema de distribuição elétrica, e as demandas por novas fontes geradoras de energia elétrica de qualidade crescem periodicamente (VIEIRA, 2005). Os inúmeros aparelhos conectados à rede de energia elétrica provocaram impactos na Qualidade da Energia Elétrica (QEE), tais como os fenômenos e parâmetros de valores referentes a tensão em regime permanente e distorções em suas formas de onda, fator de potência (FP), harmônicos, flutuação e desequilíbrio de tensão e também variação de frequência (ANEEL, 2015).

Levando em consideração que a energia elétrica atualmente é considerada um insumo da indústria, comercio e residência; a geração, transporte e consumo desta é semelhante a qualquer outra da produção industrial (VIEIRA, 2005).

Uma saída encontrada para amenizar as perdas por efeito Joule e melhorar a QEE foi a alocação de reguladores de tensão (RT), transformadores com relação de transformação 1:1 que tem por finalidade manter a estabilidade dos níveis de tensão do circuito, em trechos estratégicos do sistema de distribuição de energia elétrica (Norma de Distribuição Unificada 022, JUNHO/2015).

O presente trabalho tem por objetivo o uso de Algoritmos Genéticos (AGs) como método de alocação ótima de reguladores de tensão na rede de distribuição de energia elétrica para a diminuição das perdas elétricas ao longo do circuito.

2.0 PROBLEMATIZAÇÃO

Com a expansão do sistema elétrico brasileiro, a região norte-mato-grossense ganha novas usinas geradoras de energia elétrica visando atender o crescente aumento de carga, garantindo os níveis de QEE e introduzindo novos dispositivos ao longo de todo o sistema nacional. Diante dos desafios de coordenação de cargas desbalanceadas e um circuito elétrico em um país de dimensões continentais, estudos de aprimoramento para alocação de componentes se fazem necessários para concessionárias e consumidores a fim de manter tais padrões de QEE.

Como usar a Metaheuristica dos Algoritmos Genéticos a fim de determinar à alocação de Reguladores de Tensão em redes de distribuição de energia elétrica?

3.0 JUSTIFICATIVA

Hora, primeiro por obrigatoriedade de cumprimento de uma das partes do processo para obtenção do título de bacharel em engenharia elétrica.

Como também, é a visão de um estudo que contribui para construção e observação da viabilidade e eficiência do método Algoritmos Genéticos para um sistema teste de alimentação nodal IEEE 34 barras, um barramento real, com o fluxo de potência compilado no OpenDSS visando a amenização das perdas por efeito Joule e, consequentemente melhora dos parâmetros de Qualidade de Energia Elétrica e consequentemente a diminuição de custos para as concessionárias e consumidores finais.

4.0 OBJETIVOS

4.1 OBJETIVO GERAL

Construção do AG na alocação de Reguladores de Tensão em Redes de Distribuição de Energia Elétrica (RDEEs).

4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Identificar os melhores barramentos para conexão de RTs, visando melhor aproveitamento da potência ativa na rede de distribuição de energia elétrica. Diante disso, alguns objetivos específicos serão analisados:

 Análises de RDEEs e o estudo do Fluxo de Carga (FC);

 Qualidade da Energia Elétrica;

 Modos de controle da tensão na rede;

 Otimização utilizando AG (Metaheuristica);

 Executar o FC no barramento IEEE 34 barras utilizando o software OpenDSS.

5.0 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

5.1 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO

Durante a pesquisa preliminar deste trabalho proposto encontrou-se inúmeros trabalhos relacionados à alocação de RTs, com diversos métodos metaheurísticos para otimização de sistemas.

Nosso sistema elétrico é composto por vários geradores conectados ao das linhas de transmissão do sistema nacional, além de uma complexa rede de distribuição de energia elétrica, chamada de indústria de rede, onde tal conexão a nível nacional exige constante equilíbrio entre geração-carga (VIEIRA, 2005). Na operação dos sistemas elétricos de potência são estabelecidos padrões adequados no suprimento da tensão de suprimento, de forma a garantir a QEE. Tais sistemas elétricos de potência tem como preceito fundamental o fornecimento ininterrupto de energia elétrica com confiança e com o menor número de interrupções.

A tabela 1, IEEE STD. 1250-2011, traz os componentes e faixas de tensão comuns aos sistemas elétricos de potência:

Tabela 1 - Partes comuns de um sistema elétrico de potência

Geração ·Converte fontes de energia (combustíveis fósseis, quedas de água, material nuclear, luz solar e outros) em energia elétrica.

Transmissão

·Conecta as fontes geradoras às subestações que alimentam as áreas de carga.

·Sua tensão de operação geralmente varia entre 230 kV e 765 kV.

·São linhas longas com nenhum ou poucos transformadores / consumidores diretamente conectados.

·Seu carregamento pode ser limitado pela estabilidade do sistema, controle de tensão ou temperatura dos condutores.

Subtransmissão

·Rede de média tensão que conecta as subestações de transmissão e de distribuição.

·Sua tensão de operação geralmente varia entre 46 kV e 161 kV.

Distribuição

·Rede de média tensão que conecta as subestações de distribuição e os grupos de consumidores.

· Sua tensão de operação geralmente varia entre 4 kV e 35 kV.

·São linhas curtas com muitos transformadores, ramificações, ramais laterais e consumidores diretamente conectados.

·Podem ser linhas aéreas ou subterrâneas (especialmente em grandes centros urbanos ou novas áreas residenciais).

A interligação entre a geração, transmissão e a distribuição é feita por subestações cujos transformadores elevam os níveis de tensão e aumentam a corrente (step-down) e, subestações cujos transformadores elevem a tensão e diminuem a corrente (step-up) de distribuição, acarretando constantes mudanças dos níveis de tensão (BÍSCARO, 2013).

5.2 GERADORES

De acordo com o Banco de Informações de Geração (BIG - ANEEL, 2016), o Brasil conta com 4.645 empreendimentos em operação, totalizando 150.096.887 kW de potência instalada, com uma previsão de potência a ser instalada de 25.152.541 kW, oriundos de 213 novos empreendimentos em construção e 631 com construção não iniciadas. Conforme a tabela 2:

Tabela 2 - Empreendimentos em Operação, Empreendimentos em Construção e Empreendimentos com Construção não iniciada, atualizado dia 29 de dezembro de 2016 e sua respectiva legenda.

Empreendimentos em Operação

Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) Potência Fiscalizada

%

CGH 581 479.272 480.933 0,32

EOL 413 10.168.738 10.123.942 6,74

PCH 441 4.928.542 4.918.967 3,28

UFV 42 27.008 23.008 0,02

UHE 219 101.138.278 91.460.328 60,93

UTE 2947 42.723.872 41.099.709 27,38

UTN 2 1.990.000 1.990.000 1,33

Total 4645 161.455.710 150.096.887 100

Empreendimentos em Construção

Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) %

CGH 1 848 0,01

EOL ^{137 3.136.800 36,73}

PCH 30 409.129 4,79

UFV 12 346.000 4,05

UHE ^{6 1.922.100 22,51}

UTE 26 1.374.530 16,1

UTN 1 1.350.000 15,81

Total 213 8.539.407 100

Empreendimentos com Construção não iniciada

Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) %

CGH 35 24.531 0,15

CGU 1 50 0

EOL 202 4.735.750 28,51

PCH 124 1.733.070 10,43

UFV 99 2.634.397 15,86

Tabela 3 - Empreendimentos em Operação, Empreendimentos em Construção e Empreendimentos com Construção não iniciada, atualizado dia 29 de dezembro de 2016 e sua respectiva legenda.

UHE 8 731.540 4,4

UTE 162 6.753.796 40,65

Total 631 16.613.134 100

Legenda CGH Central Geradora Hidrelétrica

CGU Central Geradora Undi-Elétrica EOL Central Geradora Eólica PCH Pequena Central Hidrlétrica

UFV Central Geradora Solar Fotovoltaica UHE Usina Hidrelétrica

UTE Usina Termoelétrica UTN Usina Termonuclear

Fonte: Banco de Informações de Geração – ANEEL – 2016

Os valores de porcentagem são referentes à Potência Fiscalizada. A Potência Outorgada é igual a considerada no Ato de Outorga. A Potência Fiscalizada é igual a considerada a partir da operação comercial da primeira unidade geradora.

5.3 SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO

A principal característica desse sistema é o balanço da potência reativa (Q).

Devido a faixa de tensão manter-se em torno de ∓5% da tensão nominal (Vn), a produção da Q é constante, e variada de acordo com seu ciclo de carga, em momentos críticos (períodos de cargas pesadas) compromete a estabilidade de tensão, provocando quedas de tensão e perdas elétricas. A Figura 1 mostra o diagrama unifilar do sistema de 34 barras do IEEE.

Fonte: Alimentadores de teste de distribuição. Disponível em

<www.ewh.ieee.org/soc/pes/dsacom/testfeeders>

5.4 - CARGAS

As cargas desempenham papel fundamental na estabilidade do sistema. De modelagem complexa, pois trata-se de dispositivos como lâmpadas fluorescentes e incandescentes, motores, fornos, etc. Além de fatores como dia, horas e condições climáticas e econômicas de cada região (KRAUER, 2007).

Segundo (Krauer, 2007), o modelo matemático de uma carga estática pode ser representado por modelos dinâmicos, em que as parcelas ativas e reativas da carga são expressas algebricamente nas Equações 1 e 2:

(1) 𝑃 _𝑘 = 𝑃 ₀ ( ^𝑉

𝑉

) ^𝑛

(2) 𝑄 _𝑘 = 𝑄 ₀ ( ^𝑉

𝑉

) ^𝑛

FONTE: Krauer, 2007.

Figura 1 - IEEE 34 barras Alimentador de Teste Nodal

800

806 808 812 814

810

802 850

818 824 826 816

820 822

828 830 854 856 852 832

888 890

838 862

840 836

834 860 842 844 846 848

864

858

Para cargas como motores (modelos dinâmicos) a resposta a um distúrbio não ocorre instantaneamente, mas por um determinado período, requisitando modelos representados por equações diferenciais (KRAUER, 2007).

5.5 FLUXO DE POTÊNCIA (FP)

Também conhecido como Fluxo de Carga (FC) é comumente estudado em sistemas elétricos de potência, em regime permanente (RP), dado o condicionamento de operação, ou seja, para uma condição de carga e geração, sujeitada as restrições de operação e para a ação de componentes de controle (MONTICELLI, 1983)

Geralmente evitados em sistemas radiais, por problemas de dominância e mau condicionamento da matriz admitância nodal. Nestes são empregados os métodos de varredura direta (forward sweep) e reversa (backward sweep) e o método da matriz nodal implícita. Sendo o segundo, utilizado em redes malhadas, com boas respostas para redes monofásicas e trifásicas (PEREIRA, 2015).

5.5.1 Método Da Matriz Nodal Implícita

Tem como base a fatoração da matriz de admitância nodal (𝑌_{𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎}) com aplicação de corrente equivalente da rede (𝐼_𝑎𝑝𝑙). As fontes e cargas são representadas a parte por superposição (PEREIRA, 2015).

De maneira geral, a solução para o FP pode ser executada sequencialmente como:

1. Inicia o contador de repetição;

2. Avalia o estado primal da rede, usualmente com partida flat;

3. Conjectura todos os elementos da rede, a não ser a fonte de tensão principal, como fonte de corrente;

4. Calcula 𝐼_𝑎𝑝𝑙 à cada barra;

5. Calcula o desvio de tensão partindo da matriz 𝑌_{𝑏𝑎𝑟𝑟𝑎} e da 𝐼_𝑎𝑝𝑙;

6. Utiliza superposição somando as tensões da barra na iteração atual com desvio de tensão;

7. Testa se sua convergência:

 Se não, incrementa o contador de repetição e volta ao passo 3.

 Se sim, fim.

O OpenDSS faz uso do mesmo método na solução de problemas de FP, adotando SD trifásico, desbalanceado, radial e malhado em redes, cargas e dispositivos de controle altamente detalhados (PEREIRA, 2015)

O cálculo fornece potência, tensão e corrente para os elementos do sistema simulado. Baseando-se nesses valores, obtém-se as grandezas em análise.

5.6 QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA (QEE)

Segundo a discrição encontrada no Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST, Módulo 8 – Qualidade de Energia Elétrica, em vigência desde de primeiro de janeiro de 2015, a qualidade da energia elétrica como produto é:

“Para a qualidade do produto, este módulo define a terminologia, caracteriza os fenômenos, parâmetros e valores de referência relativos à conformidade de tensão em regime permanente e às perturbações na forma de onda de tensão, estabelecendo mecanismos que possibilitem à ANEEL fixar padrões para os indicadores de QEE” (PRODIST, 2015, p. 3)

Os procedimentos destacados na referente norma, abrange consumidores conectados em qualquer faixa de tensão da distribuição, agentes produtores de energia, distribuidoras, importadoras e exportadoras de energia elétrica, Demais Instalações de Transmissão (DIT) e o Operador Nacional do Sistema (ONS), caracteriza e estabelece os efeitos e critérios sob a QEE, bem como valores e procedimentos referenciais (PRODIST, 2015).

O aumento significativo dos equipamentos eletroeletrônicos como cargas nas redes causando distúrbios eletromagnéticos tem chamado atenção para a QEE nos últimos anos. (IEEE std. 1159-2009)

A QEE relaciona-se diretamente com os padrões ideais dos sistemas em operação, indicando todas as anormalidades ocorridas em duas esferas básicas de seguridade: (1) Anormalidades em constante acompanhamento e medição, (2)

Eventos imprevistos, exigindo transições específicas do sistema. Dugan et al.

(2004), Mandelman (2011) indicam quais as principais apreensões do controle de QEE atualmente, dos quais citam-se abaixo:

 Os usuários possuem componentes sensíveis as variações de tensões elétricas;

 Existência de equipamentos que desempenham melhor funcionamento de controladores de velocidades de motores ou equipamentos que diminuem as perdas, do tipo shunt, aumentando os harmônicos da rede;

 Usuário cada vez mais consciente sobre os direitos à QEE;

 Sistemas elétricos mais inteligentes e suscetíveis a falhas;

 Incorporação de Geradores Distribuídos (GD) na rede.

Segundo IEEE std. 1159 (2009), que indica prática recomendada de monitoramento da QEE, sendo magnitudes das tensões e seus tempos de duração correspondentes, na qual acarretam afundamentos de tensão em razão dos curtos- circuitos, um exemplo grave de parâmetro que afeta a QEE. (BÍSCARO, 2009)

A tabela 3 traz os principais fenômenos causadores das perturbações eletromagnéticas, segundo IEC (International Electrotechnical Commission, 2009).

Tabela 4 - Principais fenômenos que causam perturbações eletromagnéticas classificadas pela IEC.

Grupos Exemplos

Fenômenos de Baixa Frequência Conduzidos

Harmônicos, Interharmônicos

Sistemas de Sinais (Portador de Linha de Potência)

Flutuação de Tensão

Afundamento e Interrupção de Tensão Desequilíbrio de Tensão

Variações de Potência-Frequência Tensões de Baixa-Frequência Induzida CC em Redes AC

Fenômenos de Baixa Frequência Irradiados Campo Magnético Campo Elétrico

Fenômenos de Alta Frequência Conduzidos Ondas de Tensão e Corrende Induzidas Transientes Unidirecionais

Transientes Oscilatórios Fenômenos de Alta Frequência Irradiados Campo Magnético

Campo Elétrico

Campo Eletromagnético Ondas Contínuas Transientes Fonte: (IEEE, 2009).

Para algumas situações, o monitoramento dessa energia se faz necessário para identificar incompatibilidades entre a fonte e a carga, em outros momentos, avalia o ambiente elétrico numa localização específica, aprimorando as técnicas de modelagem ou desenvolver uma linha de indicadores de QEE. Em todos os casos, o objetivo principal é definir os objetivos do monitoramento. Tendo os equipamentos de monitoramento definidos após traçado o objetivo, que de maneira geral e principal, é o fator econômico evitando ou diminuindo os danos, interrupções e manutenções. (IEEE std. 1159-2009)

Para avaliar o bom funcionamento do sistema em operação em conformidade, analisa-se as grandezas de tensão e frequência. A frequência opera na faixa de 60 ± 0,5 𝐻𝑧, para a tensão, verifica-se três particularidades: (1) Forma de onda, o máximo possível de onda senoidal, (2) Simetria do sistema elétrico, (3) Magnitudes de tensões nos limites consideráveis.

Tais perturbações classificam-se em categorias segundo efeito, duração e intensidade. As falhas relacionadas à QEE são transitórios, variação de curta duração, variação de longa duração, desequilíbrio de tensão, distorção na forma de onda, e variação da frequência. Portanto, a padronização aceita à QEE direciona-se para manter o funcionamento da tensão nos devidos limites. (USIDA, 2007)

5.7 ESTRATÉGIAS EMPREGADAS NO MELHORAMENTO DO PERFIL DE TENSÃO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

O aperfeiçoamento do perfil de tensão está contido no adequado e eficiente controle de tensão do Sistema elétrico de Potência (SEP). Dois tópicos que se destacam a sua importância são:

 Estabilidade do SEP. O controle de tensão tem um embate importante na estabilidade;

 O controle adequado diminui as perdas de energia elétrica.

5.8 METODOLOGIAS APLICADAS PARA REGULAÇÃO DE TENSÃO EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA

As distribuidoras de energia elétrica se responsabilizam pela energia elétrica distribuída para os consumidores, no caso de Mato Grosso: ENERGISA. O fornecimento de energia é feito em tensão secundária de distribuição, para cargas igual ou inferior a 75 kW, e atendidas em tensão primária para cargas acima de 75 kW, sendo atendidos por:

1) Tipo M (dois fios – uma fase e um neutro).

2) Tipo B (três fios – duas fases e um neutro).

3) Tipo T (quatro fios – três fases e um neutro).

Tensão em 220v/127v, sistema trifásico, estrela com neutro aterrado (NDU 001, 2012) apresentado na Figura 2:

Figura 2 - Diagrama de conexões Estrela Aterrado - Estrela Aterrado.

Fonte: NDU 001, 2012

Tais quedas de tensões podem ser reparadas ao longo do circuito de distribuição primário/secundário. A dificuldade de fornecer tensões em faixas apropriadas é a queda de tensão em sua transmissão, ou seja, o nível de tensão do barramento secundário da subestação é diferente do nível entregue aos consumidores (USIDA, 2007). Essa queda é dada na Figura 3:

Figura 3 - Queda de tensão no transporte de energia elétrica. (FONTE: USIDA, 2007)

Fonte: (USIDA, 2007)

Dentre as medidas usadas para reduzir a queda de tensão ao longo dos alimentadores, segundo (USIDA, 2007) são:

 Reduzir a extensão do alimentador;

 Instalação de banco de capacitores;

 Mudar seções monofásicas para trifásicas;

 Redistribuir as cargas;

 Balancear os circuitos;

 Redimensionar os condutores para maiores.

5.9 INSTRUMENTOS USADOS PARA REGULAGEM DE ENERGIA ELÉTRICA

Segundo (PEREIRA, 2015), os dispositivos usados para minimizar as perdas de potência e feitos provocados pela queda de tesão, devem manter a boa operação e interação com outros dispositivos em suas faixas previstas em legislação, facilitando o controle. Os principais são:

1) Banco de Capacitores (BC);

2) Reguladores de tensão (RT);

3) RT utilizando transformadores de potência com comutação tap.

5.9.1 BC

As normas NBR 10671 (1989) e NBR 5282 (1998) tratam, respectivamente, instalação, operação e manutenção de capacitores de potência em distribuição acima de 1 kV. Entretanto, as concessionárias adaptam essas normas para se enquadrarem às suas redes. (PEREIRA, 2015)

Os BC podem ser projetados como modelagem de cargas, especificando sua conexão, tensão e potência. (KERSTING, 2012)

A alocação de BC em paralelo aos alimentadores da rede aprovisiona o excedente reativo, junto com a diminuição do fator de potência (FP) e corrente medidos na SE. Diminuindo-se o FP, diminui-se a potência aparente efeito disso, é a regulação de tensão e, também minimiza as perdas (diretamente proporcionais ao quadrado da corrente aparente). Em contrapartida, a má alocação dos BC tem resultados agravantes ao circuito, causando excedentes de reativos, perdas (ângulo da corrente passa a ser reativo) e sobretensões no barramento. (PEREIRA, 2015)

A resolução n.º 505 da ANEEL, de 26 de novembro de 2001 (ANEEL, 2001), estabelece os níveis de tensões para atendimento bem como os indicadores que quantificam a violação desses limites. A Tabela 4 ilustra esses valores:

Tabela 5 - Tabela para tensões nominais padronizadas até 69 KV Classificação da Tensão de

Antendimento (TA)

Faixa de Variação da Tensão de Leitura (TL) em Relação à Tensão Contratada

(TCO)

Adequada 0,93. TCO ≤ TL ≤ 1,05. TCO

Precária 0,90. TCO ≤ TL < 0,93. TCO

Crítica TL < 0,90. TCO ou TL /. 1,05. TCO

Fonte: ANEEL Resolução n.º 505, 2001.

A instalação de BC também visa a redução das perdas e melhoria dos perfis de tensão, mas há mais pontos de destaques:

 Controle do Fluxo de Potência;

 Aperfeiçoamento da estabilidade do sistema;

 Correção do FP.

Geralmente, são utilizadas unidades capacitivas monofásicas padronizadas de 100 e 200 kvar, 7.960 V, produzindo bancos trifásicos conectados em estrela isolada de 300, 600, 900 e 1.200 kvar. Os BC são projetados para 10% de sobretensão e 30% de sobrecorrente, operando de maneira fixa em situações que o sistema está sem carga ou carga mínima. (SZUVOVIVSKI, 2008).

5.9.2 Reguladores de Tensão (RT)

Por definição, os RTs são equipamentos designados a manter o nível de tensão determinado na rede de distribuição urbana ou rural quando submetida a uma variação de tensão fora dos limites atribuídos, além de serem os equipamentos mais úteis para as concessionárias de energia que prezam pela boa qualidade de fornecimento aos seus consumidores (SZUVOVIVSKI, 2008). É de grande importância para os consumidores, pois uma vez submetidos a um acréscimo de 1%

na tensão, acarreta um aumento de até 1,5% na sua fatura (ALVES, 2005).

De acordo com SZUVOVIVSKI:

“Um RT é fundamentalmente um autotransformador, ou seja, é semelhante a um transformador convencional de dois enrolamentos conectados eletricamente em um determinado ponto, com alguns taps e um circuito de controle responsável pela comutação desses taps sempre que a tensão na saída do regulador violar os limites pré-determinados. Existem basicamente três tipos de RTs: Autobooster, Line-Drop Compensation – LDC e 32 Degraus” (2008, p. 52)

5.9.3 Autoboster

Equipamentos simples, monofásicos com 4 degraus e variação de tensão

±6% e ±10%, na qual cada variação de tap variação, respectivamente, de ±1,5% e

±2,5%. (SZUVOVIVSKI, 2008)

5.9.4 Line-Drop Compensation (LDC)

Permite controlar a tensão em pontos afastados do alimentador até o final do ramal de ligação. Possuem circuito com reatâncias e resistências ajustáveis.

(SZUVOVIVSKI, 2008)

5.9.5 32 Degraus ou (OLTC)

Possibilita a obtenção de uma tensão pré-determinada, elevando ou diminuindo o valor da tensão nos terminais de entrada e dividido nos tipos A e B, de acordo com a comutação. (SZUVOVIVSKI, 2008)

A regulação tipo B (comutação pelo lado da fonte), é de ±10%, quando conectado em estrela-aterrado e cada tap é de 0,625% para os 32 degraus de variação. (SZUVOVIVSKI, 2008)

Do tipo A (comutação pelo lado da carga), a faixa estende-se de +9,1% e - 11% e adota-se faixas de regulação como: ±5%, ±0,625%, ±7,5% e ±8,75%.

(SZUVOVIVSKI, 2008)

A Figura 5 ilustra a ligação para redução de tensão:

Figura 1 - Ligação para redução de tensão.

Fonte: (SZUVOVIVSKI, 2008)

5.10 ESTABILIDADE DE TENSÃO

Define-se como a competência de um SEP de preservar os níveis aceitáveis de tensão em regime permanente (RP) por todas as barras do circuito em condições de operação e após ser sujeitado à distúrbios. Sua estabilidade de tensão advém da capacidade de manutenção ou restauração do equilibro entre a carga e o suprimento da fonte. Acarretando o extravio de equipamentos dos consumidores e em algumas áreas o desligamento de linhas de distribuição em cascata, além da atuação de elementos de proteção sem necessidade. (FRANCISCO, 2005)

Segundo (FRANCISCO, 2005), tais problemas de estabilidade associam-se a sistemas elétricos operando próximo a capacidade máxima de transmissão e condições limites dos tipos:

 Linhas de transmissão carregadas;

 Fontes de potência reativa insuficientes;

 Transmissão de potência ao longo de grandes distâncias;

Sistema operando em carga pesada, com dispositivos desligados por operação ou manutenção. Independentemente do método de análise da estabilidade de tensão dos SEP, a averiguação exige os seguintes pontos:

1) Identificação do ponto de operação do sistema. Ou seja, determinar se o ponto de operação é estável ou instável (ponto de vista da tensão).

2) Determinar a área/barramento crítico do sistema. Quais fatores levam à instabilidade e medidas a serem adotadas para prevenir e controlar tal problema.

3) Determinar margem de carga ou estabilidade entre o ponto de operação conhecido e o de colapso de tensão.

Duas abordagens e suas características são descritas:

5.11 ANÁLISE DINÂMICA

Tal investigação usa de técnica não-lineares de simulação do domínio do tempo ou frequência, ocasionando uma reprodução real da instabilidade de tensão.

Das suas vantagens, há a possibilidade de captura cronologia dos eventos e repetição fiel da dinâmica da instabilidade. Das desvantagens, coabitam na necessidade de adquirir de uma quantidade de dados consideráveis, de simulação de longo tempo e falta de fornecimento direto de informações da margem de áreas críticas. (FRANCISCO, 2005)

5.12 ANÁLISE ESTÁTICA

Devido à complexidade, as ferramentas estáticas também são utilizadas, porém para simulações computacionais de grandes SEPs. (FRANCISCO, 2005) baseia-se em equações de fluxo de potência, excluindo equações diferenciais proporcionando respostas do ponto de operação e sobre a identificação do problema de instabilidade, sendo necessário a análise em RP devido ao menor custo computacional. (FRANCISCO, 2005)

Para a alocação de BC a metodologia especifica qual ou quais barras da rede de distribuição deve-se instalar, optando na instalação no tronco do alimentador ou em todos os barramentos do circuito, especificando o tamanho em kvar, e o tipo, automático ou fixo. (FRANCISCO, 2005)

Já para os RTs, segundo a metodologia, determinam qual ou quais linhas da rede deve-se alocar, com a opção na base do alimentador ou em todas as linhas do sistema, descrevendo os níveis de tensão a serem otimizados em suas saídas, com faixa contínua de 105 a 135v. (FRANCISCO, 2005)

5.13 ALGORITMOS GENÉTICOS (AG)

Os AGs usam conceitos do primórdio da seleção natural para abranger uma série de problemas, como os de otimização: robustos, genéricos e adaptáveis, na

maneira como o darwinismo explica o processo de evolução das espécies. (LUCAS, 2012)

Sobretudo, o AG cria uma população de respostas possíveis para o problema a ser solucionado, para subordiná-lo ao processo de evolução, conforme as seguintes etapas:

1) Avaliação: avalia-se a predisposição dos indivíduos da população – análise de quão bom elas respondem ao problema.

2) Seleção: indivíduos selecionados para a reprodução – probabilidade da solução i selecionada é proporcional a aptidão.

3) Cruzamento: os traços das soluções escolhidas são recombinados – geram-se novos indivíduos.

4) Mutação: propriedades dos indivíduos resultantes do cruzamento são alteradas – cresce a variedade da população.

5) Atualização: novos indivíduos inseridos na população.

6) Finalização: retorna a etapa de avaliação, em caso negativo das condições de finalização, e encerra em caso positivo.

A Figura 5 mostra a estrutura do AG tradicional, caracterizados pela busca codificada (representação dos elementos), generalidade, não a forma de chegar a uma solução, mas sim como ele deve se parecer, e também o paralelismo implícito que consiste na natureza do processo de seleção. (LUCAS, 2012)

Figura 5 - Estrutura de funcionamento do AG tradicional. (LUCAS, 2012)

Fonte: Notas de aula (Lucas,2012)

Esse método metaheuristico procura o melhoramento da população através da modelagem matemática de uma função objetivo (FO) de maximização ou minimização conforme o fluxograma da figura 5, de maneira avaliativa, cada indivíduo é dado um índice de cálculo do fitness, ou seja, sua habilidade de adaptação ao ambiente (SZUVOVIVSKI, 2008).

A descrição genérica do modelo matemático proposto para a alocação de RT em SDEE no barramento IEEE 34 barras considerando os parâmetros de QEE, segundo PRODIST – Módulo 8 é:

Função Objetivo { Minimizar as perdas dos níveis de tensão s. a.

Balanço de Potência Ativa e Reativa Classificação da Tensão de Atendimento Limites de variação da tensão de leitura

6.0 METODOLOGIA

O estudo do método visa investigar a alocação de RTs em SDEEs e quais os impactos nos requisitos de qualidade de energia elétrica. Para isso, pretende-se usar um método metaheurístico capaz de definir os pontos ótimos desta alocação.

Neste aspecto, AG será utilizado, principalmente por basear-se na aproximação de soluções em problemas computacionais, otimizando funções, onde serão estabelecidos parâmetros e valores para cada especificação de QEE, como afundamento de tensão, elevação de tensão, harmônicos, etc.

O sistema elétrico de potência definido para análise é o modelo IEEE 34 barras, localizado nos Estados Unidos da América, contém cargas monofásicas e trifásicas e grande desbalanço de rede reais, usados como padrão e também para pesquisas e fins didáticos.

O software empregado no estudo do FC e análise da QEE é o OpenDSS, programa open source (código aberto), cuja programação é acessível, onde definiremos cargas dos tipos Leve, Média e Nominal para o FC e assim, definir nos barramentos, nós ótimos para alocação dos RT de acordo com a variação de carga.

7.0 RECURSOS MATERIAIS

O software apresentado para compilação dos dados e análise de operação é o OpenDSS, programa open source (código aberto), de fácil programação que reunirá as informações do fluxo de potência no barramento e sua simulação de funcionamento.

REFERENCIAL BIBLIOGRÁFICO

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