L
OAD
B
ALANCE
ON
E
LECTROTECHNOLOGY
P
ROJECTS
VIA
H
ARMONY
S
EARCH
A
LGORITHM
O
PTIMIZATION
Code: 12.041
Luiz Eduardo Oliveira¹
, Francisco D. Freitas¹, Ivo C. S. Jr.²,
Leonardo W. Oliveira², Felipe P. O. Rosa², João B. Oliveira³
¹ Universidade de Brasília
² Universidade Federal de Juiz de Fora
³ Portfólio Engenharia
A intenção desse trabalho é propor a aplicação da técnica de
otimização metaheurística denominada de Busca Harmônica, do
inglês Harmony Search (HS), ao problema de Balanceamento de
Cargas (BC). O objetivo é maximizar o BC em instalações de baixa
tensão, sujeito à restrição real estabelecida pela NBR5410:
“Nas instalações alimentadas com duas ou três fases, as
cargas devem ser distribuídas entre as fases, de modo a
obter-se o maior equilíbrio possível.”
Cada vez mais os requisitos de qualidade de energia elétrica
têm sido tratados com maior atenção pelas agências e
órgãos reguladores do setor elétrico.
• SMART GRIDS
• AUMENTO DE CARGA DAS ÚLTIMAS DÉCADAS
No Brasil, o PROCEL estimula economia e criação de
soluções sustentáveis
A ANEEL regula e fornece às distribuidoras o PRODIST, onde
estabelece as diretrizes para uma prestação de serviço de
qualidade.
Em sistemas trifásicos, deve-se manter um balanceamento de fases
Introdução
DISTRIBUIDORA
• SEGURANÇA
• EFICIÊNCIA OPERACIONAL
• QUALIDADE DE ENERGIA
• AUMENTO DE LUCRO
CONSUMIDOR
Em sistemas trifásicos, deve-se manter um balanceamento de fases
Introdução
DISTRIBUIDORA
• SEGURANÇA
• EFICIÊNCIA OPERACIONAL
• QUALIDADE DE ENERGIA
• AUMENTO DE LUCRO
CONSUMIDOR
• AUMENTO DA VIDA ÚTIL DE EQUIPAMENTOS (MOTORES)
• REDUÇÃO DE PERDAS
Problema de otimização combinatória não-convexo com
variáveis inteiras.
Sujeito às normas e restrições de cada distribuidora.
Em instalações onde se faz necessário mais de um Quadro
de Distribuição (QD) ou de Medição (QM), como em edifícios
e condomínios, deve ser previsto o microbalanceamento dos
QDs e QMs, levando em consideração o acoplamento elétrico
e o macrobalanceamento da instalação nos Quadros Gerais
de Distribuição (QGD).
Modelagem Matemática
onde R, S e T são as fases do alimentador da instalação trifásica.
Balanceamento de Cargas
QGD
i
QM
j
QD
k
T
S
R
std
1
1
1
)
,
,
(
min
(1)
O HS é um algoritmo de otimização metaheurístico inspirado no
processo de improvisação musical.
O músico tem 3 opções para improvisação:
1.
Compor novas ou randômicas notas;
2.
Tocar algo similar a uma parte conhecida (modificando os
tons levemente);
3.
Tocar qualquer parte famosa de uma música (série de
tons em harmonia).
Definição dos parâmetros iniciais:
Cada músico é diferenciado
pela sua Taxa de Consideração
da Memória Harmônica
(conhecimento).
Se TCMH ≈ 0, a randomização
do processo de busca será
praticamente 100%.
Além do TCMH deve-se atribuir uma Taxa de Ajuste de Tom:
Equivalente a comunicação entre os músicos:
Se TAT ≈ 0, a procura será feita somente por ajuste e randomização
individual.
Se TAT ≈ 1, a procura será feita somente e randomização e cópia de
resultados entre os músicos.
Improviso da nova harmonia;
Randomização, Ajuste de Tom ou Inteligência Coletiva
.
Atualização da Memória Harmônica;
Seleção das melhores notas através da função fitness.
Checar a satisfação do critério de parada.
Como ação final de uma iteração, o algoritmo testará se o critério
Harmony Search
Parte-se do microbalanceamento
para o macrobalanceamento da
Instalação elétrica.
Inicialmente são definidos os dados
do projeto e executada a distribuição
de fases para cada QD individualmente.
O acoplamento elétrico entre os QDs
é então inserido na modelagem e os
QDs redefinidos.
Após realizar o BC nos QDs,
executa-se processo parecido
com os QMs.
QM por QM é otimizado relaxadamente,
desprezando o acoplamento temporal,
o que fornece uma boa inicialização
para o HS executar o balanceamento
Global do QGD (com acoplamento).
O processo então se repete de modo
Com o intuito de comprovar sua eficiência, o LBHS foi testado
e utilizado em um estudo de caso real: O balanceamento de
cargas do projeto eletrotécnico do Ed. José Bello, situado em
Juiz de Fora – MG, Brasil.
Prédio residencial com alta previsão de carga devido ao alto
poder aquisitivo dos clientes:
16 apartamentos (4 coberturas)
12*60 m² + 4*(90m²)
2 garagens por apartamento
Nomenclatura: 7CX_NN.
Onde, 7C significa sétimo andar - cobertura;
X=[1,2,3,4]; NN é o
número do circuito.
QD com no máximo
2% de desequilíbrio
Entre as fases
Testes e Discussões
Processo de convergência do Harmony Search para os QDs da cobertura.
Nomenclatura:
60X_NN, onde,
6 significa 6º andar;
X=[1,2,3,4]; NN
é o número do circuito.
QD60XC - Quadro
de Distribuição
60X da cobertura,
onde X=[1,2,3,4
].
Testes e Discussões
Nomenclatura:
Y0X_NN tem
Y=[3,4,5];
X=[1,2,3,4];
X=[1,2,3,4];
NN como o
número do circuito.
Ex: 304_03
significa apartamento
304, circuito 3.
Testes e Discussões
Assim é executado
o balanceamento
de todas as cargas
do Ed. José Bello.
Note que o desequilíbrio entre as fases foi quase nulo.
O método de balanceamento de cargas LBHS alcançou um
desequilíbrio máximo projetado inferior a 1W e desvio padrão
entre as fases equivalente a 0,58W.
Os erros entre as fases foram inferiores a 1W. Este resultado é
bastante significativo, se comparado a resultados em que a
experiência do engenheiro é o procedimento habitual que rege a
maioria dos projetos elétricos.
O método LBHS demonstrou ser eficaz e robusto o suficiente para
balancear todo tipo de carga em qualquer tipo de cliente:
monofásico, bifásico ou trifásico.
O LBHS abre espaço para novos métodos que visem o equilíbrio
em tempo real das cargas de uma edificação, com a utilização de
relés inteligentes e chaveamentos automáticos da rede
transferindo a carga demandada entre as fases, evitando assim o
Conclusões
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reconfiguration of radial electrical distribution network through heuristic methods," in: Proc. 2011 IEEE 4th International Conference on Modeling, Simulation and Applied Optimization (ICMSAO), pp. 1-5.
4. X. Jin, J. Zhao, Y. Sun, K. Li, B. Zhang, "Distribution network reconfiguration for load balancing using binary particle swarm optimization," in: Proc. 2004 IEEE International Conference on Power System Technology (PowerCon), vol. 1, pp. 507-510.
5. J. Jose and A. Kowli, "Reliability constrained distribution feeder reconfiguration for power loss minimization," in: Proc. 2016 National Power Systems Conference (NPSC), pp. 1-6.
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21. Blog do Cajú, Morre de infarto Bello, o chargista do Jornal Tribuna de Minas Gerais [Online] Acessível em: http://jornalpequeno.blog.br/ caju/2011/06/10/morre-de-infarto-bello-o-chargista-do-jornal-tribuna-de-minas-gerais
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