Exploração de redes de distribuição de alta tensão em regime de malha fechada

(1)

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

E

XPLORAÇÃO DE

EM

Relatório de projecto no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica

Prof. Dr. António Carlos Sepúlveda Machado e Moura

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Carlos Manuel Sousa Martins

XPLORAÇÃO DE

R

EDES DE

D

ISTRIBUIÇÃO DE

A

LTA

EM

R

EGIME DE

M

ALHA

F

ECHADA

no âmbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica

e de Computadores, Major de Energia.

Orientador:

Prof. Dr. António Carlos Sepúlveda Machado e Moura

Co-Orientadores:

Eng.ª Patrícia Silva Eng.ª Ana Carina Morais

J

ULHO DE

2008

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

LTA

T

ENSÃO

(2)

(3)

(4)

(5)

iii

RESUMO

Pretende-se, através deste documento apresentar os resultados de todo o trabalho realizado na EDP, no âmbito do projecto do Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de computadores, que, enquanto entidade proeminente no nosso país, na área de Energia Eléctrica, serviu como um suporte bastante consistente para a consolidação de conhecimento prático, no mercado de trabalho, e teórico complementar ao conhecimento adquiridos durante todo o percurso académico.

Assim, e perante este cenário, tornou-se factor essencial, focar as atenções na exploração de um Sistema Eléctrico de Energia (SEE), onde, cada vez mais, há necessidade de garantir a capacidade dos sistemas, de alimentar as cargas de uma forma contínua, e com óptima qualidade de serviço.

Com este projecto pretende-se, através de simulações, verificar qual a melhor exploração da rede localizada no centro do país, se em anel aberto ou fechado.

Também se tornou premente identificar e analisar, com exactidão, a origem da ocorrência verificada em Julho de 2007.

PALAVRAS-CHAVE: Estabilidade de tensão, colapso de tensão, perdas nas linhas, qualidade

(6)

(7)

v

A

BSTRACT

The present report has as main objective to present the results of the work carried through in the EDP during the period of curricular internship of the Master in Electrical and Computers Engineering, that, while prominent entity, in our country, in the Electrical Power Systems, served as a sufficiently consistent support for the consolidation of practical knowledge, in the work market, and acquired complementary theoretician to the knowledge during all the academic passage.

Thus, and before this scene, the essential factor became to focus the attentions in the exploration of the Electrical Power System (SEE), where, in this days, has the necessity to guarantee the capacity of the systems, feeding loads in continuous form, and with excellent quality of service.

Then it was intended to verify, through simulation, which the best exploration of the grid in the centre of our country, if it is in open or closed ring grid.

Also became necessary to identify and to analyze, in detail, the origin of the occurrence verified in July of 2007.

Keywords: Stability of voltage, collapse of voltage, losses in the lines, quality of service,

(8)

(9)

vii

A

GRADECIMENTOS

Gostaria aqui de anunciar os meus profundos agradecimentos a todos os que estiveram presentes, de alguma forma, no decorrer de todo o meu percurso académico, e em especial, nesta última fase, que representa um ponto de viragem para a vida profissional.

Assim, começo por agradecer a todos os docentes do MIEEC, em geral, pela paciência, pelo cuidado e pelo empenho com que se dedicaram à minha formação durante todo o caminho percorrido até esta altura, em particular ao Prof. Dr. António Carlos Sepúlveda Machado e Moura, enquanto orientador, pela disponibilidade demonstrada e pela sua infindável simpatia.

Gostaria também de expressar a minha gratidão à empresa EDP, pelas facilidades que me foram concedidas para o desenvolvimento do presente trabalho, e a todos os colaboradores que tiveram um papel activo neste processo, e que se demonstraram inteiramente disponíveis para esclarecer quaisquer dúvidas, e para me prestar apoio sempre que eram solicitados, em especial à co-orientadora, Eng.ª Ana Carina Morais, e à co-orientadora Eng.ª Patrícia Silva, que assumiram obviamente um papel de destaque, fazendo tudo o que estava ao seu alcance para auxiliar, de forma plena, neste período importante, e sempre com descontracção e simpatia, que, claramente, contribuíram para a eliminação de quaisquer barreiras interpessoais que pudessem surgir numa fase inicial.

E todos os restantes agradecimentos vão para os intervenientes da minha vida pessoal. Estou-lhes grato por tudo. Eles sabem quem são.

(10)

(11)

ix

S

UMÁRIO

Resumo --- iii Abstract --- v Agradecimentos --- vii Índice de Figuras --- xi

Índice de Gráficos --- xiii

Índice de Tabelas --- xv

Abreviaturas e Símbolos --- xvii

Capítulo 1 --- 1

Introdução --- 1

1.1 Identificação do Problema --- 1

1.2 Apresentação Sumária do Projecto--- 2

1.3 Organização e Estrutura do Projecto --- 3

Capítulo 2 --- 5

Apresentação do Grupo EDP --- 5

2.1 A EDP Hoje --- 6

2.2 EDP Distribuição --- 7

Capítulo 3 --- 11

Inserção da Rede a Estudar na Aplicação DPLAN --- 11

Capítulo 4 --- 15

Análise de Dados --- 15

4.1 Consumo em Cada Período Tarifário --- 15

Capítulo 5 --- 25

Estabilidade de um sistema eléctrico de energia --- 25

5.1 Estabilidade de Tensão --- 25

5.1.1 Curvas P-V e Q-V --- 26

5.1.2 Curvas P-V --- 27

5.1.3 Curvas Q-V --- 32

5.2 Aplicação dos Métodos de Estabilidade de Tensão --- 33

5.2.1 Curvas P-V da Rede em estudo em Anel Fechado --- 33

5.2.2 Curvas Q-V da Rede em estudo em Anel Fechado --- 36

5.2.3 Curvas P-V em Anel Aberto --- 39

5.2.4 Curvas Q-V em Anel Aberto --- 40

(12)

x

Capítulo 6 --- 45

Caso de Estudo --- 45

6.1 Trânsito de Potência Reactiva na Malha --- 45

6.2 Simulação em powerworld 8.0 de uma rede simples --- 50

6.3 Simulação da Ocorrência de Julho de 2007 na Rede em Estudo --- 52

Capítulo 7 --- 55

Ganho em Perdas e Melhoria da Qualidade de Serviço --- 55

7.1 Ganho de Perdas --- 59

7.2 Tensões nos barramentos da Rede em Estudo --- 60

7.3 Análise das Potências de Curto-circuito --- 62

Capítulo 8 --- 65

Conclusão --- 65

Referências Bibliográficas --- 67

(13)

xi

Í

NDICE DE

F

IGURAS

Figura 1: Principais marcas EDP, a nível mundial, e suas produções ... 6

Figura 2: Organigrama EDP Distribuição ... 8

Figura 3: Características da EDP Distribuição ... 9

Figura 4: Evolução da Potência Instalada... 9

Figura 5: Rede em Anel Aberto ... 24

Figura 6: Rede em Anel Fechado ... 11

Figura 7: Representação da rede e as respectivas subestações em estudo [Fonte: SIT]. ... 12

Figura 8: Representação da rede e as respectivas subestações em estudo no DPlan ... 12

Figura 9: Forma padrão de curva P-V ... 26

Figura 10: Representação de uma rede simples com 2 barramentos, um gerador e uma carga .. ... 27

Figura 11: Diagrama de fasores da tensão e corrente na linha. ... 30

Figura 12: Curva típica Q-V ... 33

Figura 13: Curvas P-V nos barramentos da rede em estudo em anel fechado ... 35

Figura 14: Curvas Q-V da rede em estudo em anel fechado ... 38

Figura 15: Curvas P-V da rede em estudo em anel aberto ... 40

Figura 16: Curvas Q-V da rede em estudo em anel aberto ... 42

Figura 17: Rede Simples com dois barramentos e um transformador com regulador de tensão ... 45

Figura 18: Esquema equivalente em π ... 47

Figura 19: Esquema de dois transformadores em paralelo em que Y1 e Y2 representam a admitância de fugas do transformador 1 e dois respectivamente e a representa a tomada. .. 47

Figura 20: Esquema de dois transformadores em paralelo, em que um possui regulador de tensão. ... 48

Figura 21: Rede Simples ... 50

Figura 22: Rede simples com trânsito de reactiva elevado ... 51

(14)

xii

Figura 24: Simulação do DPlan numa situação normal. ... 52

Figura 25: Simulação no DPlan da ocorrência de Julho de 2007 ... 53

Figura 26: Rede que, através do aparelho Q pode funcionar como aberta ou fechada ... 55

Figura 27: Diagrama vectorial de fasores ... 55

Figura 28: Configuração da rede em malha fechada ... 57

(15)

xiii

Í

NDICE DE

G

RÁFICOS

Gráfico 1: Utilização da ponta de Segunda a Sexta-feira, nas horas de ponta. ... 16

Gráfico 2: Utilização da ponta, de Segunda a Sexta-feira, nas horas de cheias. ... 16

Gráfico 3: Utilização da ponta, de Segunda a Sexta-feira, nas horas de vazio. ... 17

Gráfico 4: Utilização da ponta, aos Sábados, nas horas de cheias ... 17

Gráfico 5: Utilização da ponta, aos Sábados nas horas de vazio. ... 18

Gráfico 6: Utilização da ponta, aos Domingos, nas horas de vazio. ... 18

Gráfico 7: Consumos da subestação Bar.1 onde P é a potência consumida em kW. ... 19

Gráfico 13: Médias mensais e anuais de potência activa e reactiva dos barramentos, ao longo do ano. ... 23

Gráfico 14: Curva P-V. Sistema simples; Factor de potência unitário; Sem perdas; E=1p.u. e X=0,2p.u. ... 31

Gráfico 15: Curvas P-V para diferentes valores de reactância na linha; E=1p.u. ... 31

Gráfico 16: Curvas P-V para diferentes factores de potência de carga. ... 32

Gráfico 17: Margem de potência activa; Rede em anel fechado ... 36

Gráfico 18: Margem de potência reactiva; Rede em anel fechado ... 38

Gráfico 19: Margem de potência activa; Rede em anel aberto ... 40

Gráfico 20: Margem de potência reactiva; Rede em anel aberto ... 42

Gráfico 21: Margem da potência activa anel aberto e fechado ... 43

Gráfico 22: Margem da potência reactiva anel aberto e fechado ... 43

Gráfico 23: Trânsito da potência reactiva ... 49

Gráfico 24: Trânsito da potência activa ... 49

(16)

xiv

Gráfico 26: Quedas de tensão ao longo da rede para o período Janeiro Vazio ... 60 Gráfico 27: Quedas de tensão ao longo da rede para o período Agosto Ponta ... 61 Gráfico 28: Quedas de tensão ao longo da rede para o período Agosto Vazio ... 61 Gráfico 29: Variação das potências de curto-circuito máximo e mínimo ao longo da rede .... 63

(17)

xv

Í

NDICE DE

T

ABELAS

Tabela 1: Características das linhas da rede em estudo. ... 13 Tabela 2: Médias mensais e anuais de potência dos barramentos ao longo do ano, onde A+ representa a potência activa e Ri+ representa a potência reactiva. ... 23 Tabela 3: Variação das potências de curto-circuito máximo e mínimo ao longo da rede ... 62

(18)

(19)

xvii

A

BREVIATURAS E

S

ÍMBOLOS

Arcsen – Arcosseno AT – Alta Tensão Bar – Barramento Cos – Coseno Dev. – Derivação

DPLAN – A Data Base Oriented Programming Language E – Tensão

EDP – Energias de Portugal

ERSE – Entidade Reguladora do Sector Energético f.u. – Factor de Utilização da Ponta

FEUP – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto I – Corrente

MI – Máximo de Intensidade

MIEEC – Mestrado Integrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores MT – Média Tensão

P – Potencia Activa

PC – Limite Máximo da Transferência de Potência

PCR – Potência Crítica

PInj – Ponto Injector pj – Perdas

Q – Potência Reactiva R – Resistência da Linha REN – Rede Eléctrica Nacional RNT – Rede Nacional de Transporte S – Potência Aparente

SEE – Sistema Eléctrico de Energia SEM – Sistema Eléctrico Nacional SIT – Sistema de Informação Técnica1

1

(20)

xviii

V – Tensão VCR – Tensão Crítica X – Reactância da Linha Y – Admitância de Fugas Z – Característica da Linha δ φ

φ

– Ângulos

1

(21)

C

APÍTULO

1 I

NTRODUÇÃO

1.1 IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA

O sector eléctrico em Portugal apresenta-se dividido em cinco actividades principais, que são, respectivamente: produção, transporte, distribuição, comercialização de electricidade e operação dos mercados organizados de electricidade.

A electricidade é produzida com recurso a diversas tecnologias e a diferentes fontes primárias de energia. Em Portugal, o principal produtor é a EDP Produção.

A REN opera a RNT que liga os produtores aos centros de consumo assegurando o equilíbrio entre a procura e a oferta. No âmbito do respectivo contrato de concessão, a REN é a única entidade de transporte de electricidade em Portugal continental.

Os pontos de entrega da RNT permitem alimentar a rede de distribuição a partir da qual são abastecidas as cargas da maioria dos consumidores finais. A EDP Distribuição é actualmente a entidade concessionária da rede nacional de distribuição em alta e média tensão, em Portugal Continental.

As empresas de comercialização de electricidade são responsáveis pela gestão das relações com os consumidores finais, incluindo a facturação e o serviço ao cliente. A EDP Serviço Universal, que actua como Comercializador de Último Recurso do SEN, é actualmente o maior comercializador em Portugal2.

Apresentado o panorama genérico do sector eléctrico português, importa agora focar as atenções essencialmente, na rede nacional de distribuição de alta e média tensão. Como já foi referido, a EDP Distribuição, representa, em Portugal, a entidade, por excelência responsável por toda a concessão da rede nacional de distribuição.

2

(22)

2 Introdução

A distribuição de energia eléctrica é uma actividade regulada que consiste no encaminhamento, através das redes de distribuição, da energia eléctrica entre as subestações da RNT e os pontos finais de consumo. No âmbito desta actividade, a EDP constrói, opera e mantém as redes e instalações destinadas à distribuição de electricidade, garantindo a qualidade de serviço e procurando disponibilizar um atendimento directo e personalizado aos seus clientes3.

Assim, e tal como em qualquer sector de actividade, é essencial caracterizar e monitorizar a qualidade do serviço das redes de distribuição de energia eléctrica, procurando contribuir para uma maior satisfação dos clientes e constante melhoria de eficácia e desempenho da rede.

Torna-se, então fundamental analisar o comportamento das redes, das instalações e dos equipamentos de distribuição, com o objectivo de identificar eventuais acções de melhoria; analisar a adequação da resposta da Empresa quer às ocorrências da rede, quer às solicitações dos clientes; identificar as regiões mais carenciadas no sentido de permitir tomar decisões concretas sobre as actuações que se traduzam numa melhoria da qualidade de serviço no abastecimento de energia eléctrica aos clientes por elas servidos; caracterizar a qualidade da onda de tensão e também proceder a estudos exaustivos relativamente à exploração da rede eléctrica, designadamente, onde se pretende verificar qual o melhor tipo de exploração da rede a aplicar, se em malha fechada ou em malha aberta.

Desta forma, a análise aplicada aos tipos de exploração de rede deverá contribuir para o bom desempenho da EDP Distribuição no que respeita aos padrões de continuidade e qualidade de serviço técnico prestado.

1.2 APRESENTAÇÃO SUMÁRIA DO PROJECTO

O projecto do MIEEC, efectuado na EDP, assumiu o objectivo máximo de possibilitar uma abordagem inicial ao mundo de trabalho. Pretendia-se, desta forma, facultar uma experiência de integração em ambiente organizacional, com vista à aproximação a realidades práticas.

Para além deste objectivo geral, o projecto também delimita alguns objectivos específicos, adequados às necessidades da organização e que foram delineados na proposta de projecto.

Definiu-se então, na proposta de projecto, que todo este trabalho deveria pressupor uma selecção prévia da rede a estudar, designadamente, uma rede de alta tensão, localizada no centro do país; posteriormente proceder-se-ia à avaliação da estabilidade de tensão do sistema, isto é, da rede em causa; o impacto nos trânsitos de energia reactiva e perfis de

3 A EDP Distribuição Energia, S.A é a empresa do Grupo EDP que opera em Portugal nas actividades de distribuição e comercialização reguladas. A actividade da EDP Distribuição é regulada pela ERSE, que define as tarifas, parâmetros e preços para a energia eléctrica e outros serviços em Portugal e controla o cumprimento dos níveis de qualidade de serviço exigidos pela DGEG. [http://www.edp.pt].

(23)

Apresentação Sumária do Projecto 3

tensões; identificação dos benefícios em termos de ganho de perdas e qualidade de serviço; impacto na potência de curto-circuito no sistema e influência nas características da onda de tensão.

Para concretizar estes objectivos, procedeu-se inicialmente a um contacto com a empresa e acerto de pormenores sobre o projecto e a uma abordagem geral, a fim de perceber a estrutura organizacional da empresa, tendo em conta, especificamente, o funcionamento da sala de despacho, que permitiu obter uma visão alargada de todo o sistema eléctrico de energia e a familiarização com as estruturas de rede AT e MT.

Também foi necessária uma aprendizagem geral das aplicações DPlan e SIT, em que através do SIT visualizou-se toda rede eléctrica portuguesa, bem como as suas características, e ainda exportar a rede ou partes da rede eléctrica para a aplicação Dplan. Estas ferramentas foram o principal instrumento de trabalho ao longo de todo o projecto, e permitiram, de forma geral, visualizar a rede em estudo e desenvolver simulações de casos práticos, respectivamente.

Para a realização do projecto, procedeu-se a uma extensa pesquisa bibliográfica e documental4, onde se procurou encontrar um enquadramento teórico e de suporte, para uma execução, bem sucedida do trabalho em questão. Desta forma, recorreu-se a instrumentos de pesquisa de base bibliográfica e ainda bases de dados e outros recursos disponíveis online.

1.3 ORGANIZAÇÃO E ESTRUTURA DO PROJECTO

Este projecto é constituído por 9 no capítulos, sendo o capítulo 1 a Introdução, onde se procede à identificação do problema, numa breve abordagem de contextualização daquilo que irá ser tratado ao longo de todo o projecto, seguindo-se uma apresentação sumária da proposta de projecto, bem como da organização e da sua estrutura.

O Capítulo 2 refere-se ao enquadramento organizacional, onde se inclui: uma breve caracterização histórica e actual da instituição e o panorama actual relativamente ao sector de energia.

O Capítulo 3 diz respeito à inserção e validação da rede em estudo na aplicação DPlan, e respectivas características.

No Capítulo 4 procede-se à explanação dos resultados obtidos decorrentes da análise de dados recolhidos do sistema de registos de telecontagem (aplicação FTP).

O Capítulo 5 apresenta o estudo realizado no âmbito da estabilidade de um sistema eléctrico de energia, onde são focados pontos como estabilidade de tensão; aplicação dos métodos de estabilidade de tensão da rede a estudar e análise de contingências.

4_{Especificamente, foi estudado o Regulamento de Qualidade de Serviço para, possuir conhecimento} para uma análise mais crítica sobre os resultados obtidos nas simulações do trânsito de energia.

(24)

4 Introdução

O Caso de estudo, propriamente dito, é detalhado ao longo do Capítulo 6, tendo em conta o trânsito de potência reactiva na malha; simulação em PowerWorld 8.0 de uma rede simples e ainda a simulação da ocorrência de Julho de 2007, na rede em estudo.

O Capítulo 7 apresenta a identificação dos benefícios, relativamente ao ganho de perdas e melhoria da qualidade de serviço, designadamente as tensões nos barramentos e análise de potências de curto-circuito da rede em estudo.

O último Capítulo surge como nota conclusiva de todo o trabalho realizado, quer em termos práticos, como teóricos.

(25)

C

APÍTULO

2 A

PRESENTAÇÃO DO

G

RUPO

EDP

5

A EDP é uma empresa Portuguesa do ramo da produção/distribuição de electricidade em alta, média e baixa tensão, e foi constituída em 30 de Junho de 1976, decorrente da nacionalização e fusão das principais empresas do Sector Eléctrico Português. Constituía-se, então, como uma empresa verticalizada, responsável pelo transporte e distribuição de energia eléctrica em Portugal e por 95% da sua produção.

A EDP foi, então, confrontada com 3 desafios fundamentais: − A electrificação do País;

− A modernização e extensão das redes de Transporte e Distribuição, do planeamento e construção do parque electroprodutor nacional;

− O estabelecimento de um tarifário único para todos os clientes.

Em meados da década de 80 a rede de distribuição da EDP cobria 97% do território de Portugal Continental e assegurava 80% do fornecimento de energia eléctrica em Baixa Tensão. Já em 1991, o Governo decidiu alterar o estatuto jurídico da EDP, de Empresa Pública para Sociedade Anónima. Em 1994, depois de uma profunda reestruturação, foi constituído o Grupo EDP, e em Junho de 1997 ocorre a primeira fase de privatização da EDP, tendo sido alienado 30% do capital. Uma operação de grande sucesso em que a procura superou a oferta em mais de trinta vezes. Mais de oitocentos mil portugueses (cerca de 8% da população) tornam-se accionistas da EDP.

Seguiram-se cinco fases de privatização: Maio de 1998, Junho de 1998, Outubro de 2000, Novembro de 2004 e Dezembro de 2005. Hoje, a EDP detém cerca de 21% das acções, estando 79% do capital nas mãos de accionistas privados.

Dão-se, em 1996, os primeiros passos na internacionalização do Grupo e passa a desenvolver a sua actividade principal no sector da energia na Península Ibérica.

Passa, também, a estar presente no negócio do gás, assumindo-se como o segundo maior operador de gás tanto em Portugal como em Espanha. Já no Brasil, a EDP passa actuar nos negócios de geração, distribuição e comercialização de energia eléctrica através da EDP - Energias do Brasil.

5 _{Toda a informação deste capítulo resulta da pesquisa e recolha de informação através do site da EDP} [http://www.edp.pt].

(26)

6 Apresentação do Grupo EDP

Em 2004, o sorriso passa a ser a imagem de marca da EDP e a empresa altera a sua designação para Energias de Portugal.

O grupo EDP é composto por várias empresas, cujas actividades estão centradas nas áreas de produção (EDP Produção e EDP Renováveis) e de distribuição (EDP Distribuição) de energia eléctrica e tecnologias de informação, mas abrangem também outras áreas complementares e relacionadas, como as da água, gás, engenharia, ensaios laboratoriais, formação profissional ou gestão do património imobiliário.

Importa também referenciar as principais marcas a nível mundial e suas produções:

Figura 1: Principais marcas EDP, a nível mundial, e suas produções

2.1 A EDP HOJE

Actualmente, é facilmente constatável que a EDP é a maior empresa industrial de Portugal; um dos maiores grupos económicos portugueses; o maior produtor de electricidade do país; tem 9,7 milhões de clientes de electricidade e 750 mil clientes de gás; tem mais de 13500 trabalhadores; a 13ª maior empresa europeia de electricidade; distribui 99% da electricidade em Portugal; produz 80% da electricidade em Portugal; tem um volume de negócios de 10,3 milhões de Euros; tem uma potência instalada de 13 470 MW e tem um consumo de energia eléctrica acima de 4 958 GWh.

Mais recentemente, a EDP é, o 3º maior operador ibérico no sector da energia eólica e em 2006, 35% da electricidade da EDP foi produzida a partir de fontes de energia renováveis.

(27)

A EDP Hoje 7

Com a aquisição da norte-americana Horizon Wind Energy, a EDP tornou-se- a 4ª maior empresa a nível mundial no sector da energia eólica, com mais de 3800 MW de capacidade de produção eólica.

É de salientar também a criação da EDP Renováveis com capitais em bolsa, no inicio do mês de Junho do corrente ano, mostrando a clara aposta em energias renováveis, estando em alinhamento com a estratégia do governo.

A EDP Renováveis é, actualmente, líder mundial no sector das energias renováveis e está presente nos mercados mais atractivos, continuando a expandir a actividade para novas geografias.

Representam, assim, o quarto operador mundial no sector eólico, tendo um desenvolvimento extraordinário durante os últimos anos. Entre 2005 e 2007 a capacidade instalada quadruplicou, sendo assim uma das três companhias a nível mundial com maior crescimento no sector.

2.2 EDP DISTRIBUIÇÃO

Para a EDP Distribuição, o ano de 2007 foi marcado pelo facto de ter constituído, em Dezembro de 2006, a sociedade anónima denominada EDP Serviço Universal, SA, (EDP SU).

A esta Empresa, que iniciou a sua actividade em 1 de Janeiro de 2007, foi atribuída a licença de Comercializador de Último Recurso. A partir daquela data, os contratos de fornecimento de energia que a EDP Distribuição detinha foram transferidos com direitos e deveres para a EDP SU e a Empresa passou a exercer apenas as actividades de distribuição de energia e de comercialização de redes como Operador da Rede de Distribuição e enquanto titular da concessão da Rede Nacional de Distribuição e das concessões de Baixa Tensão.

Em 2007 ocorreu um processo de mudança da estrutura organizativa da Empresa que teve como objectivo prepará-la para melhor responder aos desafios lançados pela regulamentação do SEN e pela generalização progressiva da produção distribuída.

Relativamente ao ano de 2007, é de salientar o bom desempenho da EDP Distribuição no que respeita à qualidade de serviço prestado, que se traduz, nomeadamente, nos valores registados para os indicadores gerais de qualidade de serviço.

Quanto à qualidade de serviço técnico das redes eléctricas da EDP Distribuição, desde 2001 que a evolução dos valores globais dos principais indicadores de qualidade de serviço técnico tem vindo a registar uma melhoria sustentada.

Pode-se concluir que a EDP Distribuição garante os mais elevados padrões de qualidade de serviço aos seus clientes.

(28)

8 Apresentação do Grupo EDP

A organização da EDP distribuição pode ser observada no seguinte organigrama:

(29)

Em 31 de Dezembro Distribuição, eram os seguintes:

Figura 3: Características da EDP Distribuição

[Fonte: Relatório de Qualidade de Serviço 2007 http://www.edp.pt/NR/rdonlyres/AFBA050D

No final do ano de 2007 existiam 15 352 MV

que a potência instalada em postos de transformação de distribuição era de 17 500 59 841 transformadores.

Figura 4: Evolução da Potência Instalada

[Fonte: Relatório de Qualidade

http://www.edp.pt/NR/rdonlyres/AFBA050D

2007, as instalações e equipamentos em serviço, na rede da EDP Distribuição, eram os seguintes:

Características da EDP Distribuição

[Fonte: Relatório de Qualidade de Serviço 2007 – Disponível em:

http://www.edp.pt/NR/rdonlyres/AFBA050D-1116-4FF5-AB39-0BFF5D336ED4/0/RQS2007_Relatório.pdf]

No final do ano de 2007 existiam 15 352 MVA instalados em 382 subestações, enquanto que a potência instalada em postos de transformação de distribuição era de 17 500

Evolução da Potência Instalada

[Fonte: Relatório de Qualidade de Serviço 2007 – Disponível em:

http://www.edp.pt/NR/rdonlyres/AFBA050D-1116-4FF5-AB39-0BFF5D336ED4/0/RQS2007_Relatório.pdf] EDP Distribuição 9

, as instalações e equipamentos em serviço, na rede da EDP

0BFF5D336ED4/0/RQS2007_Relatório.pdf]

A instalados em 382 subestações, enquanto que a potência instalada em postos de transformação de distribuição era de 17 500 MVA, com

(30)

(31)

C

APÍTULO

3 I

NSERÇÃO DA

R

EDE A

E

STUDAR NA

A

PLICAÇÃO

DPLAN

Após a familiarização com rede em estudo através do programa computacional SIT, foi feita a exportação da mesma para o programa computacional DPlan.

Depois de importada a rede em DPlan e de se proceder a uma validação da rede, foi necessário modelizar um gerador equivalente, ligado aos dois pontos injectores através de dois transformadores. A estes são-lhes atribuídas as características da rede a montante. Este trabalho foi necessário para possibilitar que a rede em estudo seja fechada em anel.

Na figura seguinte apresenta-se a rede em estudo em anel aberto e fechado sucessivamente:

(32)

12Inserção da Rede a estudar na aplicação DPlan

A rede a estudar tem a seguinte visualização em SIT:

Figura 7: Representação da rede e as respectivas subestações em estudo [Fonte: SIT].

No DPlan a imagem traduz-se da seguinte forma:

Figura 8: Representação da rede e as respectivas subestações em estudo no DPlan

Depois de observarmos a figura 8, facilmente se identifica o gerador equivalente inserido na rede.

Em cada subestação foi inserido no barramento de 60kV uma carga para representar a rede existente a jusante da subestação.

Para simulações, os dados referentes ao valor da potência activa e reactiva em cada subestação (barramento), foram inseridos nas cargas equivalentes.

(33)

Inserção da Rede a estudar na aplicação DPlan 13

De salientar que o Bar8 e Bar7 não são alimentados por estes 2 pontos injectores por razões económicas e de fiabilidade. As linhas ligadas a estes apenas estão em tensão.

Relativamente às linhas que constituem a rede em estudo, apresenta-se as suas características na tabela seguinte:

N.

º

N

Ó

i

N

Ó

k

R

X

NOME N.º NOME N.º (P.U.) (P.U.) L1 PInj.1 1 Bar.1 2 0,0074 0,0241 L2 Bar.1 2 Dev.2 3 0,0053 0,0235 L3 Diev.2 3 Bar.5 4 0,0136 0,0599 L4 Pinj1 1 Dev.1 5 0,0075 0,0234 L5 Dev.1 5 Bar.8 6 0,0251 0,0616 L6 Dev.1 5 Bar.1 2 0,0063 0,0154 L7 Bar.1 2 Bar.2 7 0,1006 0,1659 L8 Pinj.1 1 Bar.2 7 0,0613 0,1901 L9 Bar.2 7 Bar.3 8 0,0615 0,1570 L10 Bar.2 7 Bar.4 9 0,0473 0,1468 L11 Bar.1 2 Bar.7 10 0,1288 0,2123 L12 Dev.2 3 Bar.6 11 0,0012 0,0054

Tabela 1: Características das linhas da rede em estudo.

As características apresentadas na tabela 1 foram a base dos trabalhos de simulação efectuados através da aplicação PowerWorld 8.0.

(34)

(35)

C

APÍTULO

4 A

NÁLISE DE

D

ADOS

Iniciou-se uma análise à rede, nomeadamente aos pontos injectores 1 e 2, e verificou-se a não existência de unidades de produção dispersa significativa para este estudo.

Assim, foi possível reunir informação sólida e completa das subestações referidas, de acordo com os dados registados no sistema de telecontagem e obtidos através de um programa FTP e construir assim diagramas de carga por períodos de tarifário.

Para a organização e construção desses diagramas de carga por período de tarifário foi utilizado o MS Excel, tratando-se uma quantidade bastante considerável de informação. Assim foram ordenados, de uma forma automatizada, os dados recolhidos.

4.1 CONSUMO EM CADA PERÍODO TARIFÁRIO

Procedeu-se a um estudo dos diagramas de consumo das subestações, calculando-se o factor de utilização em cada período tarifário. Após observação geral do perfil de consumo das subestações em análise, constatou-se que seguiam o ciclo tarifário semanal, daí que se tenha efectuado a divisão segundo este horário.

Nos gráficos das próximas figuras apresenta-se, em percentagem e mensalmente, o factor de utilização dos vários períodos tarifários de cada subestação, ao longo do ano de 2007.

Assim para cada mês, para cada subestação e para cada período tarifário, o factor de utilização foi calculado através expressão genérica (4.1):

(%)

100

1 .

100

1 .

.

=

⋅

=

⋅

H

P

T

P

H

P

E

u

f

MAX MAX (4. 1) Onde:

P: Somatório das potências medidas no período em análise;

T: Intervalo de tempo entre medições (0,25 horas, ou seja, 15 minutos); PMAX: Potência máxima registada no mês em análise;

H: Número de horas do período em análise; E: Energia consumida no período em análise.

(36)

16 Análise de Dados

O Gráfico que se segue traduz o comportamento mensal das seis subestações, no período de Segunda a Sexta-Feira, durante as horas de ponta:

Gráfico 1: Utilização da ponta de Segunda a Sexta-feira, nas horas de ponta.

Ao analisar o gráfico acima representado, conclui-se que, durante as horas de ponta, as seis subestações têm um consumo regular e elevado, sendo que a utilização média anual da ponta neste período é de 85%.

Observe-se agora a seguinte figura, respeitante às horas de cheias durante a semana:

Gráfico 2: Utilização da ponta, de Segunda a Sexta-feira, nas horas de cheias.

Constata-se, pelo gráfico 2, que as seis subestações continuam a consumir regularmente durante as horas de cheias, sendo que a utilização média anual da ponta retrocede ligeiramente para 78%.

O gráfico abaixo representado diz respeito às horas de vazio durante a semana:

Segunda a Sexta - Horas de Ponta

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

% F a ct o r d e U ti li za çã o d e P o n ta Bar. 4 Bar. 3 Bar. 2 Bar. 6 Bar. 5 Bar. 1

Segunda a Sexta - Horas de Cheias

0% 20% 40% 60% 80% 100%

% F a ct o r d e U ti li za çã o d e P o n ta Bar.4 Bar.3 Bar.2 Bar.6 Bar.5 Bar.1

(37)

Consumo em Cada Período Tarifário 17

Gráfico 3: Utilização da ponta, de Segunda a Sexta-feira, nas horas de vazio.

Verifica-se agora, no gráfico 3, que as subestações continuam a consumir regularmente durante as horas de vazio, com excepção do cliente inserido na rede em estudo, Bar66, sendo que a utilização média anual da ponta é de 77%.

Analise-se, de seguida, a utilização da ponta durante o fim-de-semana, começando pelo Sábado que, atendendo ao tarifário semanal, se divide em horas de cheias e de vazio.

Gráfico 4: Utilização da ponta, aos Sábados, nas horas de cheias

Verifica-se alguma irregularidade de consumo entre as subestações, e mesmo entre os vários meses para a mesma unidade. Mesmo assim, tem um factor de utilização médio de 80%.

6_{Excepção essa que será explicitada no final deste ponto.}

Segunda a Sexta - Horas de Vazio

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Sábado - Horas de Cheias

0% 20% 40% 60% 80% 100%

(38)

Gráfico 5: Utilização da ponta, aos Sábados nas horas de vazio.

Verifica-se uma irregularidade de consumo nas subestações, e a existência de um factor de utilização de ponta anual média de 75%.

Finalmente observe-se como se comportam as seis subestações aos Domingos e Feriados considerados, no ciclo tarifário semanal, com vinte e quatro horas de vazio.

Gráfico 6: Utilização da ponta, aos Domingos, nas horas de vazio.

Através do gráfico 6, verifica-se uma descida do factor de utilização, principalmente na subestação Bar6, sendo o factor de utilização médio anual de 68%.

Verificou-se, nos gráficos acima, que a subestação de Bar1, no mês de Setembro e Outubro, tem factores de utilização muito baixos, o que não corresponde a realidade, uma vez que, se verificou a ocorrência de um trabalho programado nesse período (mudança de seccionadores) pelo que se utilizaram ligações auxiliares, não havendo assim registos de medidas.

Sábado - Horas de Vazio

0% 20% 40% 60% 80% 100%

Domingos e Feriados - Horas de Vazio

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

% F a ct o r d e U ti li za çã o Bar.4 Bar.3 Bar.2 Bar.6 Bar.5 Bar.1

(39)

Imediatamente se conclui que aos Domingos e Feriados as subestações diminuem significativamente o factor de utilização, principalmente a Bar1. No entanto, nesta subestação, não se verifica essa diminuição só aos Domingos e Feriados, mas também em todas as horas de vazio. Esta situação deve-se ao facto de a Bar1 ser um consumidor privado que, estando ligado ao sector da cerâmica, não consome tanta energia nas horas de vazio.

Por outro lado, quando avaliamos todas as subestações, verifica-se que aos Sábados não há um perfil típico de consumo. De facto, denota-se claramente a existência de uma propensão das subestações para coordenarem os consumos de acordo com o ciclo tarifário.

Para melhor percebermos o tipo de consumo de cada subestação ao longo do ano fez-se uma análise dos consumos médios mensais ao longo do ano de cada subestação e a ponta síncrona.

Nas figuras seguintes são exibidos os consumos das subestações onde o P representa a potência consumida em kW.

Assim, o gráfico a seguir é referente à subestação Bar.1, que apresenta um padrão típico de consumo, com excepção do mês de Outubro, uma vez que decorreram trabalhos na subestação, durante o período de estudo:

Gráfico 7: Consumos da subestação Bar.1 onde P é a potência consumida em kW.

A seguinte figura representa, graficamente os consumos da subestação Bar.4:

0 5000

10000

15000

20000

P+ (Semana

vazio)

P+ (Sáb.Vazio)

P+ (Dom.Vazio)

P+ (Semana

Cheia)

P+ (Sáb.Cheia)

P+ (Semana

Ponta)

Bar.1

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

(40)

Verifica-se a existência de um padrão, que se traduz num consumo maior durante as horas de ponta, diminuindo ligeiramente nas horas de cheia e significativamente nas horas de vazio.

O gráfico seguinte diz respeito aos níveis de consumo verificados na subestação Bar.3:

0 2000

4000

6000

8000

10000

12000

P+ (Semana

vazio)

P+ (Sáb.Vazio)

P+ (Dom.Vazio)

P+ (Semana

Cheia)

P+ (Sáb.Cheia)

P+ (Semana

Ponta)

Bar. 4

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

0 2000

4000

6000

8000

P+ (Semana

vazio)

P+ (Sáb.Vazio)

P+ (Dom.Vazio)

P+ (Semana

Cheia)

P+ (Sáb.Cheia)

P+ (Semana

Ponta)

Bar.3

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

(41)

Tal como se pode observar, na subestação Bar.3 existe igualmente um padrão normal de consumo, cujo ponto máximo se verifica nas horas de ponta e o mínimo, nas horas de vazio.

O consumo da subestação Bar.2 é representado no seguinte gráfico:

Também aqui se pode constatar que não existem desvios da normalidade, ou seja, o pico de consumo verifica-se também nas horas de ponta, e nas horas de vazio os níveis de consumo atingem valores inferiores.

Observe-se agora a ilustração sequente que representa o funcionamento da subestação Bar.5, no que diz respeito ao consumo:

0 5000

10000

15000

20000

P+ (Semana

vazio)

P+ (Sáb.Vazio)

P+

(Dom.Vazio)

P+ (Semana

Cheia)

P+ (Sáb.Cheia)

P+ (Semana

Ponta)

Bar.2

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

0 5000

10000

15000

20000

25000

P+ (Semana

vazio)

P+ (Sáb.Vazio)

P+ (Dom.Vazio)

P+ (Semana

Cheia)

P+ (Sáb.Cheia)

P+ (Semana

Ponta)

Bar. 5

Jan

Fev

Mar

Abr

Mai

Jun

Jul

Ago

Set

Out

Nov

Dez

(42)

A subestação Bar.5 também funciona, relativamente ao consumo, de forma generalizada. Pode-se concluir, ao analisar o gráfico que, mais uma vez, o consumo máximo e mínimo decorre, respectivamente nas horas de ponta e nas horas de vazio.

E finalmente, o gráfico seguinte, representa o esquema de consumos da subestação Bar.6:

Pode-se concluir, então, perante o apresentado e tendo em conta que a Bar.6 é uma subestação de cliente ligado ao sector da cerâmica, que existe, de facto, um tipo de consumo diferente, onde se verifica um consumo máximo, tanto em horas de ponta como em horas de cheias, de segunda a sexta, e um consumo mínimo que decorre durante o fim-de-semana e durante as horas de vazio. Esta situação justifica-se com o facto de os colaboradores da empresa não trabalharem aos fins-de-semana e nas horas de vazio, logo as máquinas estão desligadas e os níveis de consumo de potência diminuem drasticamente durante esses períodos, com excepção do mês de Dezembro que, nas horas de cheias e de vazio de Sábado, apresenta um consumo bastante considerável.

0 1000

2000

3000

4000

5000

P+ (Semana

vazio)

P+

(Sáb.Vazio)

P+

(Dom.Vazio)

P+ (Semana

Cheia)

P+

(Sáb.Cheia)

P+ (Semana

Ponta)

Bar.6

(43)

Observando agora a tabela que se segue, surgem as médias mensais e activa e reactiva dos barramentos que

em questão. BAR.1 BAR Mês A+ (MW) Ri+ (Mvar) A+ (MW) JAN 15861 7760 14435 FEV 15886 7857 13837 MAR 14984 7918 12716 ABR 13896 76912 11862 MAI 13729 7955 11916 JUN 13530 8086 11840 JUL 11859 7571 10790 AGO 11859 7570 10790 SET 3932 2134 11570 OUT 147 47 10130 NOV 13280 3880 12487 DEZ 13949 3827 14482 Média Anual 11909 6025 12238

Tabela 2: Médias mensais e anuais de potência dos barramentos

potência activa e Ri+ representa a potência reactiva.

Com estes valores obtém

Gráfico 13: Médias mensais de potência activa e reactiva dos barramentos

Consumo em Cada Período Tarifário

Observando agora a tabela que se segue, surgem as médias mensais e

e reactiva dos barramentos que são alimentados pelos dois pontos injectores da rede

AR.2 BAR.3 BAR.4 BAR.5 Ri+ (Mvar) A+ (MW) Ri+ (Mvar) A+ (MW) Ri+ (Mvar) A+ (MW) Ri+ (Mvar) A+ (MW) 7193 5174 2682 7902 1022 16594 3886 3132 7121 5040 2813 7712 1047 16253 4023 3034 4227 4659 2863 7103 1187 15976 3958 3220 4007 4378 2897 6947 1292 15790 3983 2998 3954 4127 2879 6959 1393 16387 4296 3105 2931 4450 3184 6914 1962 16788 4526 3101 3052 5130 3658 7619 1956 16844 4586 3052 3052 5130 3658 8134 2215 14470 4664 3181 3891 4742 3428 7507 1591 16225 4986 3184 3410 4463 3121 7398 1369 15388 4302 3407 3307 4810 2940 7817 1517 15938 4049 3308 3177 5355 2816 8566 1616 14932 3727 3133 4110 4788 3078 7548 1514 15965 4249 3154

édias mensais e anuais de potência dos barramentos ao longo do ano, onde A+ re potência activa e Ri+ representa a potência reactiva.

Com estes valores obtém-se o seguinte gráfico:

de potência activa e reactiva dos barramentos, ao longo do ano.

Observando agora a tabela que se segue, surgem as médias mensais e anuais de potência são alimentados pelos dois pontos injectores da rede

BAR6 MÉDIA MENSAL TOTAL A+ (MW) Ri+ (Mvar) A+ (MW) Ri+ (Mvar) 3132 1066 10516 3935 3034 1075 10294 3989 3220 1098 9776 3542 2998 1019 9312 3482 3105 1057 9371 3589 3101 987 9437 3613 3052 982 9216 3634 3181 1037 8927 3699 3184 1037 7860 2845 3407 1187 6822 2239 3308 1156 9606 2808 3133 1082 10069 2707 3154 1065 9267 3340 , onde A+ representa a , ao longo do ano.

(44)

Observando o gráfico 13 facilmente se verifica que os consumos variam ao longo do ano e dependendo do barramento. O barramento 6 não varia muito ao longo do ano uma vez que está relacionado ao consumo de uma empresa de cerâmica, o que justifica um consumo pouco variável anualmente e diferente dos padrões de consumo das restantes subestações.

(45)

C

APÍTULO

5 E

STABILIDADE DE UM SISTEMA ELÉCTRICO DE ENERGIA

Na exploração de um Sistema Eléctrico de Energia (SEE) há necessidade de garantir a capacidade do sistema alimentar as cargas de uma forma contínua, mantendo as características de tensão e frequência dentro dos valores contratuais. Isto significa que a tensão e a frequência, embora possam variar, têm que ser mantidas dentro de valores apertados de tolerância, para que os equipamentos dos consumidores possam funcionar de uma maneira satisfatória. Os centros de controlo têm exactamente por objectivo monitorizar o estado do Sistema Eléctrico, de modo que tal objectivo seja atingido.

A robustez de um Sistema Eléctrico de Energia é medida pela capacidade do sistema funcionar numa situação de equilíbrio em condições normais e de perturbação.

Um sistema será estável se após uma perturbação os fenómenos transitórios forem fortemente absorvidos e anulados.

Os sistemas eléctricos de energia inicialmente foram sobredimensionados, logo funcionavam com elevados níveis de segurança. Com o decorrer do tempo, a expansão sistemas e as restrições que foram surgindo quer ambientais quer sócio económicas fizeram com que os sistemas tivessem que funcionar perto dos seus limites de estabilidade.

5.1 ESTABILIDADE DE TENSÃO

A estabilidade de tensão é a capacidade de manter os níveis de tensão dentro de limites aceitáveis em todos os barramentos do SEE.

As principais causas que podem afectar os níveis de tensão são:

− O afastamento dos sistemas produtores das cargas, quanto maior a distancia entre estes maiores serão as quedas de tensão.

− A saída de serviço de uma linha pode provocar sobrecarga noutras linhas e provocar também a variação de tensão.

− Má coordenação entre sistemas de controlo e os sistemas de protecção.

− Em linhas sobrecarregadas, pedidos adicionais de energia reactiva podem provocar o colapso de tensão.

(46)

26 Estabilidade de um Sistema Eléctrico de Energia

5.1.1 Curvas P-V e Q-V

Frequentemente tem-se utilizado métodos estáticos baseados no cálculo de curvas P-V e Q-V para análise de tensão em SEE, as curvas P-V e Q-V ajudam a compreender e a explicar o fenómeno de instabilidade de tensão.

As curvas Q-V e P-V permitem a compreensão das diferentes condições de operação do sistema para possíveis variações de carga.

As curvas P-V mostram a variação da tensão num dado barramento com o aumento da potência da carga.

A seguir é visualizada uma forma padrão da curva P-V:

Figura 9: Forma padrão da curva P-V

Onde o ponto PC é o limite máximo de transferência de potência e a tensão

correspondente a potência crítica (PCR) é denominada por tensão crítica (VCR).

Tal como se pode observar na curva padrão, para potências inferiores a PCR existem

sempre dois valores de tensão para uma determinada potencia, existe um ponto de menor tensão, em que este exige maior valor de corrente para o mesmo valor de potência que o valor de tensão superior.

Como se pode observar na figura acima, em condições normais de funcionamento para uma potência P0, resultam dois pontos de operação, um ponto A de maior tensão e menor

corrente e um ponto B de menor tensão e maior corrente.

As curvas Q-V podem ajudar a definir a quantidade de compensação necessária para repor um ponto de operação ou para obter a tensão pretendida.

(47)

Estabilidade de Tensão 27

5.1.2 Curvas P-V

Assim, para melhor perceber estes métodos estáticos passo a descrever a forma de construção de uma curva P-V num sistema simples entre dois barramentos, em que ao barramento 1 está ligado um gerador que alimenta uma carga ligada ao barramento 2.

Figura 10: Representação de uma rede simples com 2 barramentos com um gerador e uma carga.

A equação de corrente que passa na linha entre os dois barramentos é a seguinte:

=

(5. 1)

Em que R representa a resistência da linha e X representa a reactância da linha.

Sabendo que:

= + = ∗ _{(5. 2)}

Por substituição da equação (5.1) na equação (5.2) obtém-se:

= ₊−

∗

= !"#$ + #%$& − ₊ ∗

=

'( )*++,-&'_/0 . (5. 3)

Através de separação das partes real e imaginária da equação anterior, obtém-se as seguintes expressões de trânsito na linha:

(48)

=

/'.'( /)*+0+,-&_/.₀. (5. 4)

=

0'.'( 0)*+/+,-&_/.₀. (5. 5)

Elevando ao quadrado as equações (5.4) e (5.5) obtém-se:

1 2₊2_{& +}2₃2_{= 1!"#$ + #%$3}2 _{(5. 6)}

1 2₊2_{& +}2₃2_{= 1!"#$ − #%$3}2 _{(5. 7)}

Adicionando as equações (5.6) e (5.7) obtém-se:

2₊2_&2₊2_{& +}4_{− &}2_{+ 2}2_{+ 2}2_{= 0} _{(5. 8)}

Após reajustar a equação obtém-se:

V4_{+ 12 RP + XQ& − E}2_3V2_{+ P}2_{+ Q}2_{& R}2_{+ X}2_{& = 0} _{(5. 9)}

Resolvendo a equação obtém-se quatro equações, sendo de interesse apenas duas delas, que são as seguintes:

V= = >? . 2 − RP − XQ + @ ?A 4 − E2 RP + XQ& − XP − RQ&2 (5. 10) VB= >? . 2 − RP − XQ − @ ?A 4 − E2 RP + XQ& − XP − RQ&2 (5. 11)

Em que VA na curva padrão corresponde à parte superior da curva P-V, e o VB corresponde

à parte inferior da curva P-V, ou seja, de tensões inferiores.

De seguida passa-se a determinar o ângulo da tensão:

E = V + ZI (5. 12)

(49)

I = E

_VG

S

∗

I =

HIJ_K (5. 13)

Substituindo a equação (5.13) na equação (5.12) obtém-se:

E = V + R + jX& M

HIJ_K

N

(5. 14)

Ou então:

Ee

IP

_{= V + R + jX& M}

HIJ

K

N

(5. 15)

Separando a parte real da parte imaginaria obtém-se

VEcosδ = V

2

_{+ RP + XQ}

_{(5. 16)}

VEsenδ = −RQ + XP

(5. 17)

O ângulo da tensão pode, então, ser obtido pela equação (5.18)

δ = arcsen M

XHYJ_K?

N

(5. 18)

As seguintes equações resultam de uma simplificação das equações (5.10) e (5.11), onde se verifica um factor de potência unitário e R=0 – linha sem perdas. Neste caso as equações para VA e VB são as seguintes:

V

=

= >

? . 2

+ @

?A 4

− XP&

2 (5. 19)

V

B

= >

?₂.

− @

?₄A

− XP&

2 (5. 20)

Para P=0, obtiveram-se os valores seguintes VA=E e VB=0

Na figura seguinte é representado o diagrama de fasores das tensões e corrente na linha, na respectiva recepção e emissão:

(50)

Figura 11: Diagrama de fasores de tensões e corrente na linha.

Daqui se retira:

V = Ecosδ

(5. 21)

Substituindo na equação (5.4) a (4.21), e por simplificação deverá obter-se:

P =

?_2X.

sen2δ

(5. 22)

Assim se verifica que o valor de potência activa máxima que a linha consegue transportar, PCR, ocorre para

4 π

δ

=

, então:

P

ZY

=

? . 2X (5. 23)

Por substituição nas equações (5.19) e (5.20)

V

_ZY

= V

₌

= V

_B

=

_√2? (5. 24)

Utilizando o Microsoft Excel traçou-se a curva P-V para o caso de uma linha considerada puramente indutiva e com factor de potência unitário e com E=1 p.u. e X=0,2 p.u. a qual se pode observar na figura seguinte:

(51)

Gráfico 14: Curva P-V. Sistema simples; Factor de potência unitário; Sem perdas; E=1p.u. e X=0,2p.u.

Analisando o gráfico 14 verifica-se que, variando a potência da carga entre 0 e PCR

existem dois valores para o módulo da tensão no barramento de carga. Verifica-se também que para E=1 p.u. e X=0,2 p.u., a capacidade máxima de transferência de potência (PCR) é de

2,5 p.u. que corresponde a uma tensão crítica de 0,707 p.u.

Analisando agora, a estabilidade de tensão com a variação da reactância da linha considerando-a puramente indutiva e factor de potência unitário por simplicidade, obtém-se as seguintes curvas P-V para os diferentes valores de X:

Gráfico 15: Curvas P-V para diferentes valores de reactância na linha; E=1p.u.

Posteriormente à análise do gráfico 15, facilmente se verifica que quanto menor é o valor da reactância da linha maior é a capacidade de transferência da linha (PCR). Logo, à medida

que aumenta o valor da reactância da linha, diminui a margem de estabilidade de tensão. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 V(p.u.) P(p.u.) VA VB X=0,1 X=0,2 X=0,3 X=0,4 X=0,5 X=0,6 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 0 1 2 3 4 5 V (p.u.) P (p.u.) VA VB

(52)

Pode observar-se também que, com a variação da reactância da linha o valor da tensão crítica não varia, ou seja, mantém-se constante.

Por último fez-se uma análise relativamente ao factor de potência da carga (ou seja

φ

tan

=

P

Q

) na estabilidade de tensão. Considerou-se a R=0,006 p.u., X=0,03 p.u. e E=1 p.u., obtendo-se o seguinte gráfico para vários factores de potência através do MS Excel;

Gráfico 16: Curvas P-V para diferentes factores de potência de carga.

Pelo gráfico 16 reconhece-se que, quanto menor for o valor da tanφ, maior será o valor de potência máxima, porém a tensão que corresponde a essa potência também aumenta o que pode ser problemático porque, a capacidade máxima de transferência pode ser atingida para valores de tensões próximas da operação normal.

Os valores de

tan

φ

<0 correspondem a cargas sobrecompensadas.

Pode observar-se no gráfico que para valores de

tan

φ

<0,há uma parte do ramo superior da curva P-V em que a tensão aumenta com o aumento da potência activa da carga. Para cargas com factor de potência negativo, quanto mais potência activa for consumida mais energia reactiva é produzida pela carga.

Verifica-se também que, quanto mais negativa for a

tan

φ

, maior é a curva P-V.

A solução sucessiva de fluxos de carga é executada até que o ponto de colapso de tensão, PC, correspondente à potência activa máxima transmissível, PCR, seja alcançado, mantendo

constante a

tan

φ

.

5.1.3 Curvas Q-V

As curvas Q-V são bastante úteis, pois podem ajudar a definir a quantidade de compensação necessária para repor um ponto de operação ou para obter uma tensão pretendida. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 10 20 30 40 V (p.u.) P (p.u.) tanφ=-0,4 tanφ=0 tanφ=0,92 tanφ=-0,4 tanφ=0 tanφ=0,92 tanφ=-0,8 tanφ=-0,98

(53)

Aplicação dos Métodos de Estabilidade de Tensão 33

As curvas Q-V podem ser obtidas ligando um gerador fictício com potência activa nula e registando a produção de reactiva tendo em conta a variação da tensão ao seus terminais.

Na figura 11 pode observar-se uma curva típica Q-V, onde, no eixo horizontal se encontra a tensão e no eixo vertical a potência reactiva. Verifica-se, ainda, como poderá variar a tensão com a variação da potência reactiva:

Figura 12: Curva típica Q-V

5.2 APLICAÇÃO DOS MÉTODOS DE ESTABILIDADE DE TENSÃO

O risco de colapso de tensão tem vindo a promover o desenvolvimento de vários métodos para analisar a estabilidade de tensão de um sistema eléctrico de energia. As curvas P-V e Q-V aplicadas a rede em estudo de alta tensão.

A análise da estabilidade de tensão de um sistema eléctrico pode ser realizada através das curvas P-V e Q-V nos barramentos. As curvas P-V, por norma, são traçadas para determinar a margem de estabilidade de tensão do sistema, já as Q-V, geralmente, são traçadas para completarem o estudo, mostrando o valor mínimo de potência reactiva necessário para garantir que o sistema se mantenha estável.

5.2.1 Curvas P-V da Rede em estudo em Anel Fechado

As curvas P-V, representadas seguidamente, foram obtidas através do programa computacional PowerWorld 8.0 para os barramentos (subestações) da rede em estudo.

(54)

(55)

Aplicação dos Métodos de Estabilidade de Tensão 35

Figura 13: Curvas P-V nos barramentos da rede em estudo em anel fechado

Pode-se verificar pelas curvas traçadas no PowerWorld 8.0 que, à medida que é incrementada a potência activa e mantendo a potência reactiva constante, a tensão no barramento vai baixando.

A simulação no PowerWorld 8.0 para obter as curvas P-V foi feita aumentando a potência activa num barramento de cada vez.

Nas curvas P-V traçadas, apenas se obtém a parte superior da curva, dado que é a que mais interessa, pois conduz a menores perdas, já que a tensão assume valores superiores.

Analisando as curvas traçadas, conclui-se que a rede tem uma margem de estabilidade de tensão de mais ou menos de 35%, recordando que a margem de estabilidade de tensão de um sistema é a distância de um ponto de operação até ao ponto PC.

Verifica-se também, analisando as curvas P-V traçadas pelo PowerWorld 8.0, que o barramento com menor potência máxima transmissível é o barramento 3.

Conclui-se ainda que quanto menor for a margem de estabilidade do sistema, maior será a possibilidade de ocorrer problemas de instabilidade no sistema, se o sistema for submetido a um distúrbio.

Na figura seguinte poder-se-á observar a margem de potência activa em cada barramento:

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Gráfico 17: Margem de potência activa; Rede em

Através de uma breve análise ao gráfico da figura normalmente transitam em cada barramento

potência activa o que significa que rede é estável.

Refere-se ainda que quanto maior é a margem de potência activa mais estável é no caso de ocorrer uma perturbação.

5.2.2 Curvas Q-V da Rede em estudo

As curvas Q-V mostram a relação

potência reactiva. O limite de estabilidade de tensão é onde a curva Q horizontal, melhor dizendo, os pontos que se encontram à

horizontal, são pontos estáveis, os que se encontram à situações de instabilidade de tensão.

O ponto correspondente à intersecção com o eixo horizontal descreve o valor máximo de potência reactiva que a carga desse barramento pode consumir

mantenha numa situação estável. De notar que

que o barramento esta a consumir e o sinal positivo significa que o barramento esta a injectar energia reactiva.

As curvas Q-V foram obtidas através d da rede:

Estabilidade de um Sistema Eléctrico de Energia

ência activa; Rede em anel fechado

Através de uma breve análise ao gráfico da figura 17 e das médias de potência que normalmente transitam em cada barramento, conclui-se que existe uma boa margem de

ência activa o que significa que rede é estável.

quanto maior é a margem de potência activa mais estável é no caso de ocorrer uma perturbação.

V da Rede em estudo em Anel Fechado

V mostram a relação que existe entre a tensão num dado barramento e a potência reactiva. O limite de estabilidade de tensão é onde a curva Q-V intersecta o eixo do, os pontos que se encontram à direita da intersecção do eixo veis, os que se encontram à esquerda são pontos que representam situações de instabilidade de tensão.

intersecção com o eixo horizontal descreve o valor máximo de reactiva que a carga desse barramento pode consumir, para que o sistema se mantenha numa situação estável. De notar que, o sinal menos da energia reactiva significa que o barramento esta a consumir e o sinal positivo significa que o barramento esta a injectar

V foram obtidas através do programa PowerWorld 8.0 para os barramentos PQ e das médias de potência que se que existe uma boa margem de

quanto maior é a margem de potência activa mais estável é o sistema

em Anel Fechado

que existe entre a tensão num dado barramento e a V intersecta o eixo direita da intersecção do eixo esquerda são pontos que representam

intersecção com o eixo horizontal descreve o valor máximo de ue o sistema se o sinal menos da energia reactiva significa que o barramento esta a consumir e o sinal positivo significa que o barramento esta a injectar

(57)

(58)

Figura 14: Curvas Q-V da rede em estudo em anel fechado

Observando as curvas traçadas

barramentos com maior margem de potência reactiva são os barramentos 1 e 6. Seguidamente é apresentado um gráfico da margem de carga nos barramentos PQ:

Gráfico 18: Margem de potência reactiva; Rede em

Tal como se pode observar no gráf

reactiva é o barramento 1 e o barramento 3 é o barramento com menor margem de potência reactiva.

De notar que quanto maior

estável se torna perante qualquer perturbação que possa ocorrer. Pode concluir-se que a rede em estudo é uma rede estável.

Estabilidade de um Sistema Eléctrico de Energia

V da rede em estudo em anel fechado

Observando as curvas traçadas no PowerWorld 8.0 facilmente se verifica margem de potência reactiva são os barramentos 1 e 6. Seguidamente é apresentado um gráfico da margem de carga nos barramentos PQ:

ência reactiva; Rede em anel fechado

Tal como se pode observar no gráfico 18, o barramento com maior margem de potência reactiva é o barramento 1 e o barramento 3 é o barramento com menor margem de potência

De notar que quanto maior for a margem de potência reactiva num barramento, mais lquer perturbação que possa ocorrer.

se que a rede em estudo é uma rede estável.

verifica que os margem de potência reactiva são os barramentos 1 e 6.

Seguidamente é apresentado um gráfico da margem de carga nos barramentos PQ:

o barramento com maior margem de potência reactiva é o barramento 1 e o barramento 3 é o barramento com menor margem de potência