CÁLCULO DE CURVA QV PARA BARRAMENTO DE CARGA EM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA UTILIZANDO REGULADOR DE TENSÃO

CÁLCULO DE CURVA QV PARA BARRAMENTO DE CARGA EM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA UTILIZANDO REGULADOR DE TENSÃO

RESUMO

A comunidade acadêmica tem cada vez mais se interessado por energias alternativas de eletricidade, tais como energia fotovoltaica e eólica. Como estas fontes são normalmente inseridas nos sistemas de distribuição de energia elétrica, o conhecimento de uma modelagem matemática que consiga descrever com precisão o comportamento do sistema de distribuição de energia é essencial. Além do mais, conceitos bastante utilizados em sistemas de geração/transmissão de energia, como as curvas PV e QV, estão sendo adequados nos últimos anos para os sistemas de distribuição de energia elétrica. A curva QV permite quantificar o suporte de potência reativa do sistema analisado. É uma ferramenta utilizada para realizar estudos de estabilidade de tensão. Esse trabalho apresenta uma proposta de cálculo de curva QV para barramentos de carga em sistemas de distribuição de energia elétrica empregando reguladores de tensão. A proposta será testada em um sistema de distribuição padrão do Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE).

Palavras-chave: Sistema de Distribuição. Estabilidade de Tensão. Regulador de Tensão.

1 INTRODUÇÃO

Um sistema elétrico de potência tem como principal objetivo atender as cargas conectadas. De modo geral, esse sistema é formado por geradores, transformadores, linhas de transmissão e alimentadores de distribuição.

Uma rede de transmissão de energia elétrica tem a finalidade de transportar por meio de cabos aéreos a energia produzida nas usinas para os grandes consumidores e empresas de distribuição. O sistema de distribuição de energia elétrica conecta o sistema de transmissão aos consumidores finais (SILVA, 2017).

Tendo em vista a otimização da eficiência de distribuição de energia, é de extrema importância conhecer os modelos matemáticos das suas linhas. Um modelo matemático descreve o comportamento real de um elemento do sistema através de equações lineares e não lineares. KERSTING (2002) utilizou as equações de (CARSON, 1926) para descrever três modelos para linhas de distribuição: modelo completo, que considera valores de impedâncias séries e admitâncias shunts; modelo simplificado, que utiliza apenas os valores de impedâncias séries; e modelo aproximado, que é utilizado quando as impedâncias sequenciais das linhas são conhecidas.

Partindo do interesse pela inserção de energias renováveis, a comunidade acadêmica tem feito adaptações de conceitos utilizados em sistemas de transmissão de energia para os sistemas de distribuição de energia elétrica, como por exemplo, a curva QV. A curva QV é um método de análise que tem como base as equações do fluxo de carga. Este método tem como principal enfoque a solução de problemas associados à compensação de potência reativa e colapso de tensão. Para o processo de construção da curva QV, é determinado um critério de alocação de potência reativa, que minimiza as perdas e aumenta a carga máxima que pode ser atendida pelo sistema. A curva QV tem como uma grande vantagem à facilidade de convergência mesmo quando a solução se encontra do lado instável da curva, onde o aumento de potência reativa é acompanhado da diminuição do nível de tensão operacional (PEREIRA, 2007).

Nos próximos capítulos será apresentada uma metodologia para a construção de uma curva QV em barramento de carga para sistemas de distribuição utilizando reguladores de tensão.

2 REFERENCIAL TEÓRICO

Esta seção tem como objetivo apresentar uma abordagem teórica sobre os conceitos importantes desenvolvidos e estudados nesse artigo, para melhor entendimento do mesmo.

2.1 Fluxo de Potência em sistemas de distribuição de energia elétrica.

O fluxo de potência em uma rede de energia consiste basicamente no estabelecimento do estado de operação desta rede no que diz respeito à sua topologia, à condição de geração e carga.

O cálculo de fluxo de potência serve como condição inicial para os estudos de estabilidade de sistemas elétricos.

Segundo MOURA (2016), de modo geral, existem três modelos de variáveis que interferem no resultado final do fluxo de potência: variáveis não controláveis ou de perturbação, variáveis de controle ou independentes e as variáveis de estados dependentes.

As variáveis de perturbação são variáveis que estão fora de controle, como as cargas ativas e reativas do sistema, tendo em vista que elas são definidas pelo consumidor. As variáveis de controle são aquelas que estão caracterizadas em cada barramento. Enfim, as variáveis de estado são as que devem ser calculadas em cada barramento (MOURA 2016).

O cálculo de fluxo de potência para o sistema de distribuição normalmente utiliza o método de varredura, enquanto que em análises de fluxo de potência para sistemas de transmissão, todos os cálculos são baseados no método de Newton-Raphson.

Segundo KERSTING (2002), um sistema de distribuição é dito não linear quando as cargas são especificadas como KW e KVAr constantes. Logo, um método iterativo deve ser usado para calcular as tensões e correntes da carga.

A técnica de progressão utilizada é composta de duas partes, sendo elas: varredura para frente e varredura para trás. A varredura para frente calcula as tensões a jusante a partir da fonte. Na primeira iteração as tensões na carga serão as mesmas que as tensões na fonte. A varredura para trás calcula as correntes da carga para a fonte, usando as tensões mais recentes calculadas na varredura para frente.  Após a primeira varredura para frente e para trás, é possível calcular novas tensões de carga usando as correntes mais recentes. A varredura continua até que o erro entre as tensões da carga entre duas iterações consecutivas seja menor que um valor de tolerância (KERSTING, 2002).

A determinação de impedâncias série de linhas aéreas e subterrâneas é um passo crítico na análise dos alimentadores de distribuição. CARSON (1926) escreveu um artigo no qual desenvolveu uma técnica onde as impedâncias próprias e mútuas de “n” condutores aéreos e subterrâneos podem ser determinadas. Assumindo que a terra era uma superfície infinita, uniformemente sólida, com uma superfície plana e resistência infinita. Com isso, ele utilizou o método das imagens de condutores, mostrado na Figura 1, onde cada condutor a uma altura dada tem uma imagem do condutor na mesma distância (KERSTING, 2002).