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Estudo de Interligação Tucuruí - Macapá - Manaus no sistema interligado nacional
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ESTUDO SOBRE OS IMPACTOS DA INTERLIGAO
TUCURU-MACAP-MANAUS NO SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL
Rodrigo Alves das Neves
Projeto de Graduao apresentado ao Curso de
Engenharia Eltrica da Escola Politcnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessrios obteno do
ttulo de Engenheiro.
Orientadores: Carmen Lcia Tancredo Borges
Leandro Dehon Penna
Rio de Janeiro
Dezembro de 2010
ii
ESTUDO SOBRE OS IMPACTOS DA INTERLIGAO
TUCURU-MACAP-MANAUS NO SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL
Rodrigo Alves das Neves
PROJETO DE GRADUAO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA ELTRICA DA ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA
OBTENO DO GRAU DE ENGENHERIO ELETRICISTA.
Examinado por:
_____________________________________________
Prof. Carmen Lucia Tancredo Borges, D.Sc. - UFRJ
_____________________________________________
Eng. Leandro Dehon Penna, M.Sc. - ONS
_____________________________________________
Prof. Sebastio rcules Melo Oliveira, D.Sc. - UFRJ
_____________________________________________
Prof. Glauco Nery Taranto, Ph. D - UFRJ
Rio de Janeiro, RJ - Brasil
Dezembro de 2010
iii
Neves, Rodrigo Alves das
Estudo sobre os impactos da interligao Tucuru-Macap-
Manaus no Sistema Interligado Nacional/ Rodrigo Alves das
Neves. Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politcnica, 2010.
VI, 125 p.:Il.; 29,7 cm
Orientadores: Carmen Lcia Tancredo Borges
Leandro Dehon Penna
Projeto de Graduao UFRJ/ Escola Politcnica/ Curso
de Engenharia Eltrica, 2010.
Referncias Bibliogrficas: p. 119-120.
1.Fluxo de potncia 2.Estabilidade 3.Sistema Interligado
Nacional
I. Neves, Rodrigo Alves das. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, Escola Politcnica, Curso de Engenharia Eltrica.
III. Estudo sobre os impactos da interligao Tucuru-
Macap-Manaus no Sistema Interligado Nacional.
iv
Resumo do Projeto de Graduao apresentado Escola Politcnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Eletricista.
Estudo sobre os impactos da interligao Tucuru-Macap-Manaus no Sistema
Interligado Nacional.
Rodrigo Alves das Neves
Dezembro/2010
Orientadores: Carmen Lcia Tancredo Borges
Leandro Dehon Penna
Curso: Engenharia Eltrica
Esse estudo tem por objetivo a aplicao prtica dos mtodos de fluxo de potncia e de
estabilidade para analisar os impactos da interligao Tucuru-Macap-Manaus no
Sistema Interligado Nacional, prevista para estar em operao no ano de 2013.
Atravs de um cenrio de exportao de energia da Regio Norte para a Regio
Nordeste, e outro de exportao de energia da Regio Norte para a Regio Sudeste,
ambos em carga pesada, sero realizadas as anlises de fluxo de potncia em regime
permanente: em rede completa, onde sero apresentados os principais fluxos na
interligao Tucuru-Macap-Manaus e os intercmbios regionais; e em contingncia,
mostrando problemas de tenso e de carregamento.
As contingncias mais severas, observadas na anlise em regime permanente, so
estudadas de forma completa atravs dos mtodos dinmicos no captulo de
estabilidade, onde so apresentados os resultados das anlises de variao de tenso e de
defasagem angular de acordo com os critrios dos Procedimentos de Rede.
Palavras-chave: Fluxo de potncia, estabilidade, Sistema Interligado Nacional.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer.
STUDY ON THE IMPACTS OF INTERCONNECTION TUCURU-MACAPA-
MANAUS IN THE NATIONAL INTERCONNECTED SYSTEM.
Rodrigo Alves das Neves
December/2010
Advisors: Carmen Lcia Tancredo Borges
Leandro Dehon Penna
Course: Electrical Engineering
This study aims at the practical application of methods of power flow and stability to
analyze the impact of interconnection Tucuru-Macapa-Manaus, in the National
Interconnected System, scheduled to be operational in 2013.
Through a landscape of energy exports from the North Region to the Northeast Region,
and other landscape of energy exports from the Northern Region to the Southeast
Region, both in heavy load, will be carried out the analysis of power flow in steady
state, where that will present the main flows in the interconnection Tucurui-Macap-
Manaus and regional exchanges, and in contingency, showing problems of tension and
loading.
The most severe contingencies, observed in the steady state analysis, are studied in a
comprehensive manner through dynamic methods of stability in the chapter, which
presents the results of analysis of variation in voltage and phase shift according to the
criteria of the Grid Procedures .
Keywords: Power flow, stability, Interconnected System.
vi
Agradecimentos
A Deus, na pessoa de Jesus Cristo, por ter tanto amor por mim ao se entregar na
cruz como forma de expiar os meus pecados. Mas no apenas pelo poder de me livrar
do inferno que lhe agradeo, seno por me amar, compreender e me ajudar a entender
que apenas a sua Graa que me permite conhec-lo e me leva a amar ao meu prximo.
Muito obrigado, meu Deus, por tamanha vida que tens me dado e por ser to bom
comigo, mesmo sendo eu pecador e to imperfeito.
Aos meus pais, Ricardo e Deborah, pelo amor, amizade, por acreditarem em
mim e me incentivarem a no desistir dos meus sonhos bem como lutar por eles com
todas as minhas foras. O exemplo de luta, dignidade, carter e honestidade aprendi
com vocs. Com esta formao que agora inicio a caminhada por um futuro, por
enquanto incerto, mas que com toda base que tive dentro de casa, tem tudo para ser bem
sucedido. Bem como aos meus avs, por serem responsveis pela formao dessas
pessoas mais que especiais.
Ao meu grande irmo Rafael, pelo amor, carinho, companheirismo,
compreenso, sempre demonstrados de forma excepcional, e sem a menor dvida de ser
um dos maiores exemplos de vida pra mim.
Ao meu amigo de todas as horas, Gabriel Lins, no apenas amigo para a msica,
seno para a vida. Sendo prova que existem amigos mais chegados que irmos.
Tambm aos meus amigos de Juiz de Fora, Gabriel Ventura e Thiago, pelo
companheirismo nesses dois ltimos anos.
Aos colegas de faculdade, que dividiram comigo muitas experincias vividas na
UFRJ: Marcos Serro, Antnio, Csar, Beatriz, Rodrigo Delgado, Vincius Ferro,
Francisco e Joo.
Aos engenheiros da Gerncia de Componentes e Sistemas Eltricos da
ELETRONUCLEAR, por representarem o primeiro degrau da minha carreira
profissional, em especial aos engenheiros: Jony, Aluizio e Mundim.
Aos professores da Escola Politcnica da UFRJ, responsveis por todo o
conhecimento transmitido ao longo desses 6 anos de curso. Em especial aos professores
participantes deste trabalho.
Aos engenheiros da Gerncia de Planejamento da Operao Eltrica do ONS, de
forma especial pela imensa participao de todos tanto na minha formao profissional
quanto pessoal. Em especial ao Marcos, pelo companheirismo, pela amizade e tambm
pelo grande apoio na elaborao grfica deste trabalho.
Ao meu supervisor de estgio e principal orientador deste trabalho, engenheiro
Leandro Penna, por todas as horas investidas no meu crescimento profissional,
representando, na minha carreira, o principal elo entre a teoria e a prtica no estudo dos
sistemas de potncia.
1
Sumrio
Sumrio ............................................................................................................................. 1
1. Introduo ................................................................................................................. 3
1.1 Consideraes gerais .......................................................................................... 3
1.2 Organizao do Trabalho ................................................................................... 3
2. Reviso bibliogrfica ................................................................................................ 5
2.1 Descries gerais ............................................................................................... 5
2.2 Fluxo de potncia ............................................................................................... 5
2.2.1 Descries gerais ........................................................................................ 5
2.2.2 Modelagem matemtica .............................................................................. 6
2.2.3 Representao dos componentes .............................................................. 12
2.3 Estabilidade ...................................................................................................... 22
2.3.1 Descrio geral ......................................................................................... 22
2.3.2 Enfoques no estudo da estabilidade de um sistema de potncia............... 23
2.3.3 Modelagem matemtica ............................................................................ 25
2.4 Sistema eltrico brasileiro ................................................................................ 36
2.4.1 O Operador Nacional do Sistema (ONS) ................................................. 37
2.4.2 Procedimentos de Rede ............................................................................ 38
2.4.3 Plano decenal de expanso da energia - PDE 2010/2019 ......................... 47
3. Anlise de regime permanente ............................................................................... 48
3.1 Introduo ........................................................................................................ 48
3.2 Interligaes Regionais......................................................................................... 48
3.2.1 A Interligao Tucuru-Macap-Manaus.................................................. 50
3.2.2 Principais fluxos nas interligaes ........................................................... 53
3.3 Cenrios de estudo ........................................................................................... 57
3.3.1 Cenrio 01: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Nordeste
58
3.3.2 Cenrio 02: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Sudeste 67
3.4 Concluses ....................................................................................................... 74
4 Anlise de estabilidade eletromecnica .................................................................. 75
4.1 Introduo ........................................................................................................ 75
2
4.2 Cenrio 01: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Nordeste .... 77
4.3 Cenrio 02: Mxima exportao da Regio Norte para a Regio Sudeste ...... 93
4.4 Perda dupla da interligao Tucuru Xing ................................................ 109
4.5 Concluso ....................................................................................................... 116
5 Concluso final e trabalhos futuros ...................................................................... 117
5.1 Concluso final .............................................................................................. 117
5.2 Trabalhos futuros ........................................................................................... 118
Bibliografia ................................................................................................................... 119
Anexo A Mtodo Newton-Raphson multivarivel .................................................... 121
3
1. Introduo
1.1 Consideraes gerais
Na histria da sociedade, a energia eltrica, desde a sua descoberta, sempre
ocupou lugar de destaque, tendo em vista a dependncia da qualidade de vida e do
progresso econmico tanto da qualidade dos produtos quanto dos servios relacionados
energia eltrica, que por sua vez dependem de como as empresas de eletricidade
projetam, operam e mantm os sistemas eltricos de potncia. Os sistemas eltricos so
tipicamente divididos em segmentos como: gerao, transmisso, distribuio,
utilizao e comercializao. A oferta da energia eltrica aos seus usurios realizada
atravs da prestao de servio pblico concedido para explorao entidade privada ou
governamental. As empresas que prestam servio pblico de energia eltrica o fazem
por meio da concesso ou permisso concedidos pelo poder pblico. [1]
Com a evoluo da explorao dos recursos naturais da Regio Norte do Brasil,
e consequentemente do crescimento demogrfico e industrial, previsto principalmente
para as suas capitais, o Ministrio de Minas e Energia observou a necessidade da
expanso do sistema de transmisso objetivando o atendimento aos sistemas eltricos
dessas capitais. Essa expanso integrante do conjunto de medidas apresentadas no
Plano Decenal de Energia 2010-2019, que constitui uma base slida para o crescimento
econmico neste horizonte de planejamento, uma vez que o aumento do investimento
produtivo requer a oferta de energia com qualidade e confiabilidade.
Esse estudo tem por objetivo a aplicao prtica dos mtodos de fluxo de
potncia e de estabilidade para apresentar uma anlise sobre os impactos da interligao
Tucuru Macap Manaus no Sistema Interligado Nacional, prevista para estar em
operao no ano de 2013.
1.2 Organizao do Trabalho
O Captulo 2 responsvel por apresentar uma reviso sobre os dois principais
estudos a respeito de um sistema eltrico de potncia: o Fluxo de Potncia e a
Estabilidade; e por uma breve exposio das atribuies das empresas responsveis pelo
planejamento e operao do SIN. Sero abordadas as modelagens matemticas dos
componentes de rede e as equaes mais utilizadas nesses estudos, e sero apresentadas
4
as diretrizes dos procedimentos de rede para estabelecer uma base de conhecimentos
para aplicao nas anlises que sero realizadas.
O Captulo 3 apresenta as definies das principais interligaes entre os
sistemas das Regies Norte, Nordeste e Sudeste, e as anlises em regime permanente
para os impactos da interligao tema deste trabalho nos cenrios de exportao mxima
da Regio Norte para a Regio Nordeste e, posteriormente, para o a Regio Sudeste;
ambos em carga pesada.
O Captulo 4 mostra os resultados dos estudos de estabilidade eletromecnica
para os mesmos cenrios apresentados no terceiro captulo deste trabalho. So
apresentadas as simulaes dinmicas das contingncias mais severas mostradas no
terceiro captulo alm dos resultados para a perda dupla dos dois circuitos da
interligao.
O Captulo 5 responsvel por agregar todas as concluses deste trabalho, tanto
da anlise em regime permanente quanto da anlise de estabilidade eletromecnica.
Tambm so mostradas sugestes de possveis trabalhos futuros.
5
2. Reviso bibliogrfica
2.1 Descries gerais
Esta parte responsvel por apresentar de forma resumida os principais
conceitos e metodologias para os estudos de fluxo de potncia e de estabilidade que
sero necessrios para a exposio e para o embasamento terico das demais etapas
deste trabalho. Ser dividida nesses dois contedos principais, o fluxo de potncia e a
estabilidade, abordando suas respectivas modelagens matemticas, componentes de rede
e apresentao de mtodos numricos para a soluo desses estudos.
2.2 Fluxo de potncia
2.2.1 Descries gerais
Os estudos de fluxo de potncia so responsveis por fornecer as solues das
redes eltricas em anlise. Atravs das tcnicas e das metodologias desenvolvidas
nesses estudos possvel calcular tenses e correntes de uma rede seguindo a
modelagem adequada de cada componente.
Os resultados desses estudos revelam caractersticas importantes sobre o
comportamento fsico do sistema, mostrando possveis violaes de tenso ou de
carregamento, ou operaes indevidas de alguns equipamentos. Uma vez que esse tipo
de comportamento verificado, torna-se necessrio realizar diversas medidas e ajustes
para que o sistema possa atender a todos os critrios desejados em condies normais de
operao. Aps o resultado do fluxo de potncia, podem ser analisados certos aspectos
importantes como: o carregamento e as perdas nas linhas de transmisso e nos
transformadores, potncia eltrica gerada e consumida, tenses em diversas barras e as
consequncias em regime permanente da perda de um desses componentes.
As referncias sobre os estudos de fluxo de potncia se encontram nos itens [2],
[3] e [4] da bibliografia deste trabalho.
6
2.2.2 Modelagem matemtica
O estudo do fluxo de potncia a base para o estudo dos sistemas eltricos.
Atravs de um conjunto de equaes diferenciais, possvel construir um sistema no
linear para calcular os fluxos de potncia ativa e reativa em todos os ramos da rede, bem
como as tenses em todas as barras, conforme ser mostrado abaixo. No Anexo A ser
mostrado o mtodo numrico de soluo mais utilizado nos softwares utilizados para
esse estudo, o mtodo Newton-Raphson multivarivel.
2.2.2.2 Equaes nodais - 1 Lei de Kirchhoff (Lei das Correntes ou Leis dos Ns)
Figura 2-1 - N eltrico para exemplificao da primeira lei de Kirchhoff
Em um n, a soma das correntes eltricas que entram igual soma das
correntes que saem, ou seja, um n no acumula carga.
Sendo
, logo a formulao matemtica da 1 Lei de Kirchhoff pode ser
descrita como a seguir:
(2.1)
Esta igualdade se verifica pelo Princpio da Conservao da Carga Eltrica, o
qual estabelece que num ponto qualquer a quantidade de carga eltrica que chega
deve ser exatamente igual quantidade que o deixa , assim
temos:
(2.2)
7
possvel relacionar a carga eltrica com seu valor de corrente dividindo por
, obtendo a relao observada pela lei dos ns que ser utilizada diretamente na
formulao matemtica do problema de fluxo de potncia:
(2.3)
2.2.2.3 Matriz Ybarra
Escrevendo as equaes nodais em forma matricial, modeladas pelas
admitncias da rede, tem-se um sistema linear descrito pelas injees de corrente na
rede por fontes independentes (vetor ), pela tenso nas barras em relao ao referencial
adotado (vetor ) e a matriz que relaciona as duas grandezas anteriores de acordo
com as admitncias da rede como pode ser visto, a seguir, na equao 2.4. Esta matriz
tambm ser utilizada a seguir, na formulao do fluxo de potncia, juntamente com a
1 Lei de Kirchhoff.
(2.4)
A matriz tem as seguintes caractersticas:
Simtrica basta montar uma das metades em relao a sua diagonal principal
para conhecer a matriz por inteira;
Complexa representao das admitncias ;
Quadrada de dimenso n, onde n o nmero de barras do sistema sem contar a
barra de referncia;
Esparsa, normalmente tem-se mais de 95% dos elementos nulos exigindo
menores esforos computacionais no armazenamento de dados;
Os elementos da diagonal principal so positivos e os elementos fora da
diagonal principal so negativos;
Os elementos da diagonal principal Ykk so o somatrio das admitncias
diretamente ligadas barra k;
Os elementos fora da diagonal principal Ykj so o simtrico da soma das
admitncias que ligam as barras k e j.
8
2.2.2.4 Formulao do problema de fluxo de potncia
Seja uma barra k pertencente a um sistema eltrico e conectada a fontes
geradoras, cargas e linhas de transmisso de acordo com o esquema mostrado na figura
2-2, abaixo:
Figura 2-2 - Esquema de distribuio de fluxos de potncia
Para estudar o fluxo de potncia atravs das barras desse sistema, deve-se
determinar a injeo de potncia lquida para cada uma das barras de acordo com as
seguintes relaes:
(2.5)
(2.6)
(2.7)
Considerando apenas a injeo de potncia lquida nessa mesma barra,
possvel represent-la graficamente de acordo com a figura 2-3 e algebricamente pelas
equaes 2.8 e 2.9 mostradas a seguir:
Figura 2-3 - Representao de injeo de potncia lquida
( ) (2.8)
( ) (2.9)
9
Reescrevendo as equaes nodais de acordo com a 1 Lei de Kirchhoff e
utilizando a matriz Ybarra, ambos mostrados anteriormente, possvel representar o
sistema de potncia em estudo pelo sistema linear da equao 2.4,
, sendo que para cada barra k ser encontrada uma injeo de corrente dada pela
equao 2.10. Torna-se necessrio o clculo do nmero complexo conjugado que
representa o fasor dessa injeo de corrente, mostrado na equao 2.11, de modo a
substitu-lo diretamente na equao 2.8.
(2.10)
( )
(2.11)
Substituindo a expresso de ( ) na expresso da potncia lquida, tem-se:
( ) (
) (2.12)
p n e para toda barra m ligada diretamente barra k
A partir dessa equao 2.12, sero separadas as componentes de potncia ativa e
reativa, para o desenvolvimento das principais equaes do estudo do fluxo de potncia.
Suas consideraes de admitncias e de tenses nas barras adjacentes sero mostradas a
seguir, passando a representar seus valores no mais em forma polar, mas agora em
forma retangular.
{ } e { } (2.13)
(2.14)
o n (2.15)
o n (2.16)
10
[ { o n }
]
(2.17)
p n p od b m lig d diretamente b
[ { n o }
] (2.18)
p n p od b m lig d diretamente b
Para as equaes acima, tem-se:
k nmero da barra no sistema, variando de 1 at o nmero total de barras
m ndice da barra ligada diretamente a barra k
Vk e Vm tenses nas barras k e m, respectivamente
k e m ngulos das tenses das barras k e m em relao a uma referncia
angular nica para o sistema
km diferena angular entre as barras k e m, nessa mesma ordem
Pk e Qk injees lquidas de potncia conforme as equaes 2.5 e 2.6
A partir das equaes 2.17 e 2.18, as barras de um sistema de potncia foram
classificadas da seguinte forma:
Barra swing ou flutuante ou V ou slack
Barra necessria para fornecer referncia angular e suprir as perdas ativas e
reativas do sistema em estudo. Por este motivo, a barra swing no tem sua gerao ativa
fixada, mas calculada aps a soluo do problema. Normalmente escolhida como
barra de referncia aquela onde est concentrada a maior capacidade de gerao do
sistema. Esta barra nica para todo o sistema.
Dados fixos: ,
Dados calculados: ,
11
Barra de carga ou PQ
Dentro de um sistema real, a maioria das barras deste tipo. Ela representa o
atendimento de cargas solicitadas pelos consumidores e no existe controle especfico
de tenso nessas barras.
Dados fixos: ,
Dados calculados: ,
Barra de tenso controlada ou PV
Neste tipo de barra so definidas a tenso e a injeo de potncia ativa. Este
conjunto de barras normalmente constitudo por geradores e compensadores
sncronos.
Dados fixos: ,
Dados calculados: ,
Outra etapa importante nesse algoritmo, depois de aplicar a classificao de tipo
de barra para todas as barras do sistema, a organizao das equaes de acordo com as
suas incgnitas em dois subsistemas, conforme apresentado a seguir:
Subsistema 1
Conjunto de equaes que devem ser resolvidas com o objetivo de se encontrar a
soluo do fluxo de potncia, mdulo e ngulo das tenses nas barras. So agrupadas
neste subsistema as barras com valores fixos de potncia ativa e/ou reativa de acordo
com as equaes 2.19 e 2.20.
{ } (2.19)
{ } (2.20)
Subsistema 2
12
Substituindo, neste segundo subsistema, as variveis encontradas na soluo do
subsistema 1, possvel determinar as incgnitas restantes do fluxo de potncia: a
injeo de potncia ativa e reativa da barra swing e a injeo de potncia reativa das
barras de tenso controlada, como mostrado nas equaes 2.21 e 2.22.
{ } (2.21)
{ } (2.22)
Dessa forma possvel construir dois subsistemas cujas solues so as
respostas para o estudo do fluxo de potncia, determinando todas as grandezas eltricas
necessrias para anlise do sistema em regime permanente.
2.2.3 Representao dos componentes
2.2.3.2 Linhas de transmisso
O modelo pi-equivalente de uma linha de transmisso, representado na figura
2-4, definido por trs parmetros: a resistncia srie rkm; a reatncia srie xkm; e a
susceptncia shunt bkmshunt
.[3]
Figura 2-4 - Circuito pi-equivalente para uma linha de transmisso
A figura 2-5 faz uma representao desses parmetros de forma concentrada,
onde os parmetros eltricos distribudos z e y, respectivamente, impedncia e
admitncia, ambos por unidade de comprimento, podem ser expressos de acordo com as
L11uH
R11k
13
equaes que seguem em Zeq e Yeq, em funo do comprimento eltrico da linha, e do
comprimento fsico da linha, l :
Figura 2-5 - Modelo pi-equivalente concentrado para uma linha de transmisso
in
(2.23)
n
(2.24)
(2.25)
(2.26)
(2.27)
2.2.3.3 Transformador monofsico de dois enrolamentos
Desprezando a corrente de magnetizao, as perdas por histerese e por correntes
parasitas no ncleo, e considerando o rendimento elevado, normalmente apresentados
nos transformadores de potncia, pode-se desprezar o ramo paralelo e a resistncia dos
enrolamentos da modelagem completa. Adotando como base de tenso os valores
nominais de tenso de cada enrolamento do transformador, possvel obter a reatncia
equivalente e as seguintes representaes:
(2.28)
14
Figura 2-6 - Modelagem do transformador monofsico em pu
2.2.3.4 Transformador monofsico de trs enrolamentos
Os ensaios normais nos transformadores monofsicos de trs enrolamentos
normalmente fornecem os seguintes parmetros para o primrio (P), para o secundrio
(S) e para o tercirio (T):
n i n b do n ol m n o p im io
n i n b do n ol m n o p im io
n i n b do n ol m n o nd io
Para o estudo do fluxo de potncia comum represent-lo unindo-se os trs
enrolamentos por um ponto eltrico fictcio, onde, utilizando as mesmas bases, so
vlidas as relaes apresentadas pelas equaes 2.29, 2.30 e 2.31 que retratam as
grandezas mostradas acima em um modelo de circuito, apresentado pela figura 2-7:
Figura 2-7 - Modelagem do transformador trifsico em pu
L1
1uH
L11uH
L11uH
L11uH
L1
1uH
L11uH
L1 1uH
15
(2.29)
(2.30)
(2.31)
2.2.3.5 Transformador com ajuste de tape
Para auxiliar o controle de tenso nos sistemas eltricos, so utilizados
transformadores com ajuste de tape automtico enquanto energizados (LTC Load-tap-
changing) ou quando desenergizados. Considerando as relaes entre as grandezas do
primrio e do secundrio definidas pelas equaes 2.32 e 2.33, possvel construir um
modelo matemtico para representar o LTC no estudo do fluxo de potncia. Este
modelo apresentado na figura 2-8.
Figura 2-8 - Modelagem do transformador com ajuste de tape
(2.32)
(2.33)
16
2.2.3.6 Gerador
Nos estudos de fluxo de potncia, o gerador o componente que pode fornecer
potncia ativa e reativa barra a qual est ligado. Normalmente representado por uma
barra PV como pode ser vista na figura 2-9.
Figura 2-9 - Modelagem do gerador
2.2.3.7 Reator
O reator um componente de absoro de potncia reativa, representado por sua
potncia reativa nominal. Como um reator tem sua reatncia constante (Xr), a potncia
reativa (Qr), absorvida por ele, varia de acordo com o quadrado da tenso aplicada aos
seus terminais, obedecendo relao do circuito modelado:
(2.34)
Figura 2-10 - Modelagem de um reator ideal
2.2.3.8 Banco de capacitores
Os bancos de capacitores so fontes de potncia reativa, representados por esse
seu valor nominal. Como um banco de capacitores tem susceptncia constante (Yc), a
L1
1uH
17
potncia reativa (Qc), fornecida por ele, varia com o quadrado da tenso aplicada aos
seus terminais, obedecendo relao:
(2.35)
Figura 2-11 - Modelagem de um banco de capacitores ideais
2.2.3.9 Compensador sncrono
Para o estudo do fluxo de potncia, o compensador sncrono representado
semelhantemente a um gerador sncrono, como mostrado anteriormente, embora apenas
como injeo de potncia reativa. Tal semelhana ntida na observao da figura 2-12.
Figura 2-12 - Modelagem do compensador sncrono
2.2.3.10 Compensador esttico
Os compensadores estticos so equipamentos que tm como objetivo o controle
de tenso em alguma barra especificada. Eles funcionam atravs de circuitos de
eletrnica de potncia, capazes de fornecer ou consumir potncia reativa, dentro de uma
faixa de operao. Este objetivo semelhante ao do compensador sncrono, mas nos
aspectos construtivos, eles se diferem bastante. A figura 2-13 apresenta a modelagem do
compensador esttico:
18
Figura 2-13 - modelagem do compensador esttico
Eles podem ser modelados, em regime permanente, em funo da potncia
reativa ou da corrente, e podem controlar a tenso na prpria barra terminal ou em uma
barra remota. A modelagem em funo da potncia reativa dada pela figura 2-14 e
pela equao 2.36, e a modelagem em funo da corrente dada pela figura 2-15 e pela
equao 2.37, todas essas mostradas a seguir. desejvel que os compensadores
operem dentro da regio linear, mostrada em ambos os grficos, e descrita pelas
equaes citadas.
Figura 2-14 - Tenso da barra controlada em funo da potncia reativa do compensador esttico
(2.36)
19
Figura 2-15 - Tenso da barra controlada em funo da corrente do compensador esttico
(2.37)
Essas equaes so expressas em funo dos seguintes termos:
Vk Tenso da barra a ser controlada
Vesp Tenso especificada para a barra controlada
Vt Tenso nos terminais do compensador esttico
QCE Potncia reativa do compensador esttico
ICE Corrente do compensador esttico
r Coeficiente de inclinao da reta que determina a regio linear de operao
2.2.3.11 Carga
Para os estudos de fluxo de potncia, as cargas so representaes de
componentes que absorvem potncia ativa e reativa constantes.
20
Figura 2-16 - Modelagem de carga
O modelo ZIP expresso pelas parcelas de impedncia constante (cP e cQ),
corrente constante (bP e bQ) e potncia constante (aP e aQ) da seguinte maneira:
(2.38)
( )
(2.39)
Considerando sempre que o somatrio de todas as parcelas equivale potncia
total consumida pela carga, logo:
(2.40)
( ) (2.41)
Na figura 2-17, so mostrados os equipamentos modelados nesta seo num
exemplo de situao real de fluxo de potncia utilizando o software ANAREDE.
21
Figura 2-17 - Diagrama unifilar - ANAREDE
22
2.3 Estabilidade
2.3.1 Descrio geral
A estabilidade de um sistema uma condio de equilbrio entre foras opostas.
O mecanismo no qual mquinas sncronas interconectadas mantm o sincronismo em
relao umas s outras, atravs de foras restauradoras que aparecem sempre quando
existem foras que tendem a acelerar ou desacelerar uma ou mais mquinas com
respeito s outras mquinas. No estado de regime permanente, existe um equilbrio entre
o torque mecnico motriz e o torque de carga eltrica em cada mquina, fazendo com
que a velocidade do rotor permanea constante. Se o sistema perturbado, este
equilbrio desfeito, resultando em acelerao ou desacelerao dos rotores das
mquinas que so regidas pelas leis de movimento rotacional de um corpo.[5]
A anlise da estabilidade de um sistema eltrico de potncia apresenta um estudo
sobre o impacto causado por alguma perturbao na dinmica eletromecnica de um
sistema de potncia. O estudo da estabilidade iniciado com uma dada condio de
operao, ou seja, uma situao esttica de fluxo de potncia, mas tem o objetivo de
verificar o comportamento do sistema no intervalo de tempo que comea a partir da
ocorrncia de uma perturbao. Segundo a definio do IEEE, diz-se que um sistema de
potncia estvel, do ponto de vista da estabilidade transitria, para uma condio de
operao particular e para uma dada grande perturbao se, aps a ocorrncia da
perturbao, o sistema capaz de alcanar uma condio de operao aceitvel.[6]
Os exemplos mais simples de demonstrar os conceitos desse tipo de estudo so
realizados para sistemas que possam ser aproximados por um modelo mquina-barra
infinita ou por um modelo de duas mquinas, onde possvel utilizar um mtodo
grfico conhecido como o critrio das reas iguais. Para os sistemas reais, conhecidos
como sistemas multimquinas, a soluo normalmente obtida por mtodos numricos
no domnio do tempo que trazem os mesmos conceitos dos dois modelos mais simples
citados anteriormente.
A anlise da estabilidade transitria no caso geral de um sistema multimquinas
feita com o auxlio de programas que simulam o modelo matemtico do sistema para
cada contingncia selecionada. Se for verificado que o ngulo entre quaisquer duas
mquinas do sistema, determinado via integrao numrica, tende a aumentar sem
23
limites aps o instante de aplicao da perturbao, conclui-se que o sistema instvel.
Se, por outro lado, as diferenas angulares entre as mquinas atingem um valor mximo
e depois decrescem, conclui-se que a tendncia que o sistema permanea estvel. A
concluso definitiva sobre a estabilidade requer a observao das demais oscilaes
subsequentes primeira delas, j que, em sistemas multimquinas, possvel que uma
mquina permanea em sincronismo com as demais na primeira oscilao e perca esta
condio nas oscilaes seguintes, em razo das interaes dinmicas com as outras
mquinas.[6]
O estudo da estabilidade de um sistema de potncia pode ser classificado
segundo as diversas categorias responsveis pelos enfoques dos estudos, conforme ser
mostrado. Essas categorias so baseadas nas seguintes consideraes:
A natureza fsica da instabilidade;
O tamanho da perturbao considerada;
Os equipamentos, os processos e o domnio do tempo que devem ser
considerados de forma a determinar a estabilidade;
Mtodo para o clculo ou previso da estabilidade.[5]
2.3.2 Enfoques no estudo da estabilidade de um sistema de potncia
Esses enfoques tm como referncia os itens [7] e [8] da bibliografia deste
trabalho.
2.3.2.2 Estudo de estabilidade angular
Corresponde ao estudo de estabilidade convencional, que avalia a habilidade do
sistema de potncia em manter suas unidades geradoras operando em condies de
sincronismo. Estudos desta natureza consideram os efeitos das oscilaes
eletromecnicas inerentes ao sistema, analisando o comportamento existente entre as
potncias fornecidas pelos geradores e os deslocamentos angulares de seus rotores.
Em regime permanente, esse enfoque tambm chamado de estudo de
estabilidade angular para pequenos impactos, ou ainda, de estudo de estabilidade
angular para pequenos sinais. De uma forma geral avalia a capacidade de manuteno
do sincronismo das unidades geradoras do sistema de potncia para as situaes de
pequenos impactos, como variaes normais de carga, por exemplo.
24
Portanto, corresponde anlise da estabilidade do ponto de equilbrio ou de
operao. A natureza da resposta do sistema aos pequenos impactos depende de
diversos fatores incluindo as condies operativas, a capacidade de transmisso e os
sistemas de excitao das unidades geradoras. Neste tipo de estudo de estabilidade os
impactos so considerados suficientemente pequenos, de tal forma que equaes
linearizadas podem ser utilizadas nas anlises.
Em regime transitrio, a estabilidade angular avalia a habilidade do sistema de
potncia em manter o sincronismo de suas unidades geradoras quando da ocorrncia de
perturbao como curtos-circuitos em elementos importantes e perdas de grandes blocos
de gerao, por exemplo. A natureza da resposta do sistema envolve amplas excurses
angulares dos rotores das unidades geradoras e influenciada pelas relaes no-
lineares existentes entre potncia e ngulo. Fatores como condies iniciais operativas,
e principalmente, tipos e localizaes dos distrbios influem na avaliao e definem este
tipo de estudo de estabilidade.
Tipicamente os estudos de estabilidade angular transitria avaliam o
comportamento do sistema para um perodo de tempo de 5 a 20 segundos aps a
ocorrncia do impacto. Em funo das grandes excurses observadas para as variveis
de estado, representativas do sistema, a anlise da estabilidade transitria deve ser
realizada atravs de equaes no-lineares.
Em grandes sistemas interligados, a instabilidade ocorre normalmente de duas
formas:
atravs de acelerao do rotor, com crescimento progressivo do deslocamento
angular, sendo a causa fundamental a falta de conjugado sincronizante;
atravs de oscilaes crescentes do rotor, causadas pela superposio de diversos
modos de oscilao do sistema.
2.3.2.3 Estabilidade de tenso
Um sistema entra em um estado de instabilidade de tenso quando uma
perturbao, elevao de carga, ou alterao na configurao, causa um contnuo e
incontrolvel declnio da tenso. Sendo substancialmente relacionado
indisponibilidade de suprimento de potncia reativa, o fenmeno caracterizado por
uma reduo progressiva na magnitude da tenso, iniciando de forma localizada e
25
podendo ento se expandir at mesmo por todo o sistema interligado, causando colapso
na operao.
Em regime permanente, este tipo de estudo tambm denominado por estudo de
estabilidade de tenso para pequenos impactos, ou ainda, estudo de estabilidade de
tenso para pequenos sinais. Ele avalia a habilidade do sistema de potncia em manter
um perfil adequado de tenses aps ter sido submetido a um pequeno impacto, como
uma variao normal de carga, por exemplo. A natureza da resposta do sistema a estes
pequenos impactos depende de fatores como: a condio operativa, as caractersticas
das cargas e dos dispositivos de controle de tenso.
Assim sendo, pode-se dizer que este tipo de estudo de estabilidade de tenso tem
como funo principal determinar as caractersticas prprias do sistema, quanto
relao entre tenses e potncias reativas. A instabilidade se manifesta principalmente
pela insuficincia de potncia reativa, o que define uma reduo progressiva nas
magnitudes das tenses.
Para grandes impactos, este tipo de estudo de estabilidade determina a
capacidade do sistema de potncia de controlar as tenses de seus barramentos aps a
ocorrncia de uma grande perturbao, como desligamento de elementos importantes,
curtos-circuitos em linhas de transmisso, alterao rpida e substancial no equilbrio
carga/gerao, etc. Pode-se dizer que o sistema apresenta estabilidade, nestas condies,
se, aps o distrbio, seus controladores levarem as tenses de todas as barras a uma
condio de equilbrio adequada. Influem neste comportamento: a condio operativa
do sistema, a natureza da perturbao considerada, as caractersticas das cargas, a
dinmica dos sistemas de controle e os elementos de proteo do sistema.
Os estudos de estabilidade de tenso para grandes impactos requerem a
avaliao do desempenho dinmico no-linear do sistema de potncia em um perodo de
tempo suficiente, que possa at considerar os efeitos de elementos como,
transformadores com taps variveis, limitadores das correntes de campo dos geradores,
esquemas de corte de carga por subtenso, etc. Estes perodos de tempo podem se
estender desde alguns segundos at dezenas de minutos.
2.3.3 Modelagem matemtica
2.3.3.2 Equao de oscilao da mquina sncrona
26
Observando o rotor de uma mquina sncrona de acordo com a sua dinmica
mecnica de funcionamento, possvel descrever as aes de dois torques de sentidos
opostos: um com origem mecnica, produzido pelo movimento de algum tipo de
turbina, e outro com origem eltrica, produzido pela interao entre os campos
eletromagnticos do rotor e do estator. Desta forma, possvel modelar
matematicamente esse comportamento a partir da equao diferencial de funcionamento
mecnico da mquina sncrona:
[N.m] (2.42)
o torque de acelerao em N.m
o torque mecnico em N.m
o torque eletromagntico ou torque eltrico lquido, j descontado o atrito,
a ventilao e outros, em N.m
o momento de inrcia do rotor em kg.m2
o deslocamento angular do rotor em relao a um referencial fixo
em radianos mecnicos
Para realizar o estudo da estabilidade de um sistema de potncia, necessrio
traduzir os termos mecnicos em funo dos seus correspondentes eltricos. Seguindo
algumas etapas de manipulaes desejadas na equao de oscilao da mquina
sncrona como a escolha de referenciais adequados e a multiplicao de ambos os
membros pela velocidade angular mecnica, relacionando-a com a velocidade sncrona,
para transformar as grandezas de torque em potncia. Fazendo as devidas substituies
e organizando os termos encontrados, encontra-se a equao de oscilao da mquina
sncrona em funo dos seus parmetros eltricos, como pode ser vista na equao 2.43
e a expresso do momento angular (M) na equao 2.44:
(2.43)
(2.44)
27
A constante H a razo entre a energia cintica armazenada no rotor da mquina
na sua velocidade sncrona e sua potncia trifsica aparente:
(2.45)
Como normalmente os estudos so realizados utilizando os valores em pu nas
bases do sistema em questo, aplica-se a equao anterior tambm com seus valores em
pu na base das mesmas bases do sistema, assim temos uma nova notao, apresentada
pela equao 2.46:
(2.46)
a constante da mquina em MJ/MVA ou segundos;
, em radianos eltricos por segundo;
o ngulo entre a tenso e a corrente do estator da mquina, em radianos
eltricos;
Potncias acelerante, mecnica e eltrica, respectivamente, em
pu na base da mquina;
Na tabela 2-1, so apresentados valores tpicos para a constante de inrcia H,
agrupados em intervalos por tipo de mquina.[9]
Tabela 2-1 - Valores tpicos da constante de inrcia H
Tipo de mquina sncrona Constante de inrcia H [MJ/MVA ou s]
Turbo-alternador 3 < H < 7
Alternador hidrulico 2 < H < 4
Compensador sncrono 1 < H < 2
Motor sncrono 0,5 < H < 2
Prosseguindo com a anlise da equao anterior, a descrio do termo da
potncia eltrica feita de acordo com as equaes de transferncia de potncia da
28
mquina sncrona, ou seja, atravs das curvas potncia ngulo para as mquinas de
plos lisos e de plos salientes. Conhecendo inicialmente:
Ef tenso de excitao da mquina,
Vinf tenso da barra infinita,
xs reatncia sncrona,
xe reatncia equivalente do sistema entre a barra terminal da maquina e a barra
infinita,
xd reatncia de eixo direto,
xq reatncia de eixo em quadratura.
Os dois tipos de mquinas sncronas que sero representadas nesse estudo so:
plos lisos e plos salientes. importante lembrar que durante o estudo de fluxo de
potncia, ou seja, em regime permanente, a potncia eltrica gerada pela mquina
sempre igual potncia mecnica lquida fornecida ao eixo, mas para os intervalos de
tempo compreendidos pelos estudos de estabilidade isto no verificado, conforme
abordado na descrio geral dos estudos de estabilidade e na equao de oscilao da
mquina sncrona. Por esta razo, necessrio acompanhar o comportamento da
potncia eltrica gerada pelas mquinas logo aps a perturbao, para poder analisar o
sistema dentro do intervalo de tempo do estudo da estabilidade.
2.3.3.3 Mquina de plos lisos:
O gerador sncrono de plos lisos representado segundo o modelo da figura
2-18, onde so apresentadas as relaes entre as tenses, de excitao e terminal, e a
corrente de armadura:
(2.47)
(2.48)
xs reatncia sncrona em regime permanente
xa reatncia de armadura
xl reatncia de disperso
29
Figura 2-18 - Modelagem da mquina de plos lisos para o estudo da estabilidade
Para realizar o estudo de estabilidade, precisa-se escrever a potncia eltrica da
mquina de plos lisos em funo do ngulo de carga, , logo, a potncia eltrica ser
substituda durante a perturbao pela sua respectiva equao de transferncia de
potncia eltrica, como mostrado na equao 2.49:
n (2.49)
Podemos observar graficamente como se comporta essa transferncia de
potncia em funo do ngulo de carga com o auxlio grfico abaixo que ser mostrado
novamente no estudo do mtodo das reas iguais.
Figura 2-19 - Curva potncia x ngulo - Plos lisos
L11uH
G
30
2.3.3.4 Mquina de plos salientes
O gerador de plos salientes no tem modelo dado apenas por um circuito
equivalente, mas a relao entre as tenses, de excitao e terminal, e a corrente de
armadura da maquina dada por:
(2.50)
xd reatncia de eixo direto
xq reatncia de eixo em quadratura
No estudo de estabilidade, a considerao dessa mquina feita,
semelhantemente a mquina de plos lisos, pela sua equao de transferncia de
potncia eltrica dada pela equao 2.50 e por sua representao alternativa na equao
2.52, representando separadamente os termos que representam as amplitudes associadas
as funes senoidais da relao entre a potncia eltrica e o ngulo de carga:
n
( )
( ) n (2.51)
n n (2.52)
onde,
(2.53)
( )
( ) (2.52)
A funo da potncia eltrica para a mquina de plos salientes dada pela
soma de duas funes senoidais com a freqncia dobrada na segunda parcela. Pode ser
vista no grfico seguinte:
31
Figura 2-20 - Curva potncia x ngulo - Plos salientes
2.3.3.5 Modelagem de cargas
Para os estudos de estabilidade, as cargas do sistema so representadas de acordo
com o modelo ZIP, visto anteriormente no item 2.2.3.9 deste trabalho, e modelado
segundo as equaes 2.38, 2.39, 2,40 e 2,41.
2.3.3.6 Critrio das reas iguais
Para o caso de um sistema formado por duas mquinas ou por uma mquina
conectada a uma barra infinita possvel chegar a uma concluso sobre a estabilidade a
partir do comportamento das mquinas aps a primeira oscilao. Neste caso, pode ser
aplicado um mtodo grfico que propicia uma interpretao fsica dos fenmenos
dinmicos envolvidos no problema de estabilidade transitria. Este mtodo chamado
de Critrio das reas Iguais.[6]
No que diz respeito representao das mquinas, o Critrio das reas Iguais
baseia-se nas seguintes hipteses:
32
A potncia mecnica de entrada das mquinas suposta constante, logo as
variaes de potncia mecnica so devidas ao dos reguladores de
velocidade dos geradores. Todavia, esta ao no se faz sentir, em geral, na
primeira oscilao, j que as constantes de tempo dos reguladores de
velocidade e das turbinas so muito altas para permitir a variao de potncia
mecnica em to curto espao de tempo.[6]
As mquinas sncronas so representadas pelas suas respectivas equaes de
potncia ngulo, utilizando a sua reatncia transitria no denominador da
equao, de forma a substituir o termo da potncia eltrica na equao de
oscilao.[6]
Para que o sistema seja estvel, necessrio que a mquina disponha de energia
suficiente para frear ou acelerar de forma a buscar outro ngulo de carga com a mesma
transferncia de potncia eltrica observada antes do distrbio e, conseqentemente,
torque de acelerao nulo. Essa capacidade vista em relao ao ngulo de carga
integrando a equao de oscilao da mquina sncrona como mostrado a seguir, bem
como o valor do seu ngulo crtico e do seu tempo crtico (mximo do ngulo de carga e
o respectivo tempo para o caso no qual a transferncia de potncia eltrica nula
durante a falta):
( )
( )
(2.55)
o (2.56)
(2.57)
Normalmente so encontrados sistemas de transmisso com mais de um circuito
entre duas barras para aumentar a capacidade de transmisso, confiabilidade,
transmisso de potncia quando da falta de um deles, entre outros fatores. Nesses casos,
o estudo do critrio das reas iguais visto graficamente pelos exemplos seguintes:
33
Curvas de transferncia de potncia antes, durante e aps a falta:
Figura 2-21 - Curvas potncia x ngulo para as diferentes reatncias de cada instante
Caso estvel (A1
34
Caso instvel (A1 > A2):
Figura 2-23 - Critrio das reas iguais - Caso instvel
Caso limite de estabilidade (A1 = A2):
Figura 2-24 - Critrio das reas iguais - Caso limite de estabilidade
35
Atravs da anlise desse caso limite, possvel visualizar que, se o sistema tiver
condies de ser estvel, existir um ngulo crtico limite para a eliminao do defeito.
A determinao desse ngulo abordada utilizando as relaes a seguir:
(2.58)
(2.59)
(2.60)
(2.61)
(2.62)
Usando o critrio das reas iguais, com a integrao da equao de oscilao da
mquina sncrona, tem-se como resultado final o ngulo crtico para a eliminao do
distrbio dado por:
(
o o
)
(2.63)
onde,
(2.64)
(2.65)
(2.66)
(2.67)
36
2.4 Sistema eltrico brasileiro
O atual modelo do setor eltrico brasileiro criou novas instituies e alterou as
funes de algumas instituies j existentes. A reforma do setor eltrico brasileiro
comeou em 1993 com a Lei n 8.631, que extinguiu a equalizao tarifria vigente e
criou os contratos de suprimento entre geradores e distribuidores. Foi marcada pela
promulgao da Lei n 9.074 de 1995, que criou o Produtor Independente de Energia e o
conceito de Consumidor Livre. Em 1996, foi implantado o Projeto de Reestruturao do
Setor Eltrico Brasileiro (Projeto RE-SEB), coordenado pelo Ministrio de Minas e
Energia. As principais concluses desse projeto foram a necessidade de implementar a
desverticalizao das empresas de energia eltrica, ou seja, dividi-las nos segmentos de
gerao, transmisso e distribuio; incentivar a competio nos segmentos de gerao e
de comercializao; e manter sob regulao os setores de distribuio e transmisso de
energia eltrica, considerados como monoplios naturais, sob regulao do Estado.[10]
Foi tambm identificada a necessidade de criao de um rgo regulador (a
Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL), de um operador para o sistema
eltrico nacional (Operador Nacional do Sistema Eltrico ONS) e de um ambiente
para a realizao das transaes de compra e venda de energia eltrica (o ento Mercado
Atacadista de Energia Eltrica MAE). Concludo em agosto de 1998, o Projeto RE-
SEB definiu o esboo conceitual e institucional do modelo a ser implantado.[10]
Em 2001, o setor eltrico sofreu uma grave crise de abastecimento que culminou
em um plano de racionamento de energia eltrica. Esse acontecimento gerou uma srie
de questionamentos sobre os rumos que o setor eltrico estava trilhando. Visando a
adequar o modelo em implantao, foi institudo em 2002 o Comit de Revitalizao do
Modelo do Setor Eltrico, cujo trabalho resultou em um conjunto de propostas de
alteraes. Durante os anos de 2003 e 2004, o Governo Federal lanou as bases de um
novo modelo para o setor, sustentado pelas Leis n 10.847 e 10.848, de 15 de maro de
2004, e pelo Decreto n 5.163, de 30 de julho do mesmo ano. Em termos institucionais,
o novo modelo definiu a criao de uma instituio responsvel pelo planejamento do
setor eltrico em longo prazo a Empresa de Pesquisa Energtica (EPE) uma
instituio com a funo de avaliar permanentemente a segurana do suprimento de
energia eltrica o Comit de Monitoramento do Setor Eltrico (CMSE) e uma
instituio para dar continuidade s atividades do MAE, relativas comercializao de
energia eltrica no sistema interligado a Cmara de Comercializao de Energia
37
Eltrica (CCEE)(10). Neste modelo setorial, podemos representar as relaes entre essas
instituies de acordo com o diagrama a seguir.[11]
Figura 2-25 - Principais instituies do modelo setorial atual
As alteraes promovidas em 2004 pelo novo modelo do setor estabeleceram
ainda como responsabilidade da ANEEL, direta ou indiretamente, a promoo de
licitaes na modalidade de leilo, para a contratao de energia eltrica pelos Agentes
de Distribuio do Sistema Interligado Nacional (SIN).[10]
2.4.1 O Operador Nacional do Sistema (ONS)
O Operador Nacional do Sistema (ONS) um rgo colegiado, criado em 1999,
definido como pessoa jurdica de direito privado, sem fins lucrativos, sob regulao e
fiscalizao da ANEEL, que tem por objetivo executar as atividades de coordenao e
controle da operao de gerao e transmisso, no mbito do SIN, visando tambm
minimizar a perda de coordenao ocasionada pela introduo da concorrncia no setor
e ainda possibilitar o acesso indiscriminado rede bsica de transmisso. Essa funo
essencial para a economia e para o bem estar social, pois objetiva garantir o suprimento
de energia eltrica de forma segura, contnua e econmica para todo o pas. Entretanto,
o Operador Nacional do Sistema no proprietrio dos ativos de transmisso. As
empresas de transmisso delegam a este rgo os direitos de comercializao dos
38
servios prestados pelas suas linhas, recebendo uma remunerao pela cesso de seus
direitos.[11]
Para o cumprimento de sua misso, o Estatuto do ONS, documento aprovado
pela ANEEL na Resoluo Autorizativa N 328, de 12/08/2004, que estabeleceu suas
atribuies, entre elas:
O planejamento e a programao da operao e o despacho centralizado da
gerao, com vistas otimizao do Sistema Interligado Nacional - SIN;
A proposio ao Poder Concedente das ampliaes de instalaes da rede bsica
de transmisso, bem como reforos do SIN, a serem considerados no
planejamento da expanso do sistema de transmisso;
A proposio de regras para a operao das instalaes da transmisso da Rede
Bsica do SIN, mediante processo pblico e transparente, consolidadas em
Procedimentos de Rede, a serem aprovadas pela ANEEL, observando o disposto
no Art. 4, 3, da Lei n9.427, de 26 de dezembro de 1996.[11]
2.4.2 Procedimentos de Rede
As informaes que sero apresentadas nesta seo, 2.4.2 Procedimentos de
Rede, tm como referncia os itens [11] e [12] da bibliografia deste trabalho.
2.4.2.2 Aspectos gerais
Os Procedimentos de Rede so um conjunto de normas e requisitos tcnicos que
estabelecem as responsabilidades do ONS e dos Agentes de Operao, no que se
referem a atividades, insumos, produtos e prazos dos processos de operao do SIN e
das demais atribuies do Operador. Esses documentos so elaborados pelo ONS, com
a participao dos Agentes e homologados pela ANEEL. Atualmente, em atendimento
Resoluo Normativa n 115 da ANEEL, de 29.11.2004, os Procedimentos de Rede
esto em processo de reviso para adequao legislao e regulamentao vigentes e
para assegurar a aderncia prtica adotada pelo ONS e pelos diversos agentes
setoriais.[11] Seus principais objetivos so:
39
Legitimar, garantir e demonstrar a Transparncia, Integridade, Equanimidade,
Reprodutibilidade e Excelncia da Operao do Sistema Interligado Nacional;
Estabelecer, com base legal e contratual, as responsabilidades do ONS e dos
Agentes de Operao, no que se refere a atividades, insumos, produtos e prazos
dos processos de operao do sistema eltrico;
Especificar os requisitos tcnicos contratuais exigidos nos Contratos de
Prestao de Servios de Transmisso - CPST, dos Contratos de Conexo ao
Sistema de Transmisso -CCT e dos Contratos de Uso do Sistema de
Transmisso - CUST.
Para desenvolver suas atribuies, o ONS realiza estudos de planejamento e
programao gerando os seus produtos decorrentes deste processo, entre eles:
PAR O Plano de Ampliaes e Reforos na Rede Bsica um dos principais
produtos do ONS. realizado anualmente, com um horizonte de estudo de trs
anos, e estabelece as necessidades de expanso da Rede Bsica para preservar
seu adequado desempenho operacional e garantir o livre acesso. Para permitir o
tratamento das particularidades do SIN, os estudos, que resultam na proposio
de obras ao Poder Concedente, so realizados de forma descentralizada, abertos
participao de todos os Agentes, abrangendo as Regies Sul, Sudeste/Centro-
Oeste e Norte/Nordeste. Desde que o PAR comeou a ser elaborado, h 6 anos,
as obras nele propostas representaram um acrscimo de 16.000 km de linhas de
transmisso, ou seja, um crescimento de 25% na Rede Bsica. No que se refere
ao aumento da capacidade de transformao, no mesmo perodo foram
implantados 40.000 MVA adicionais, representando um acrscimo de 26%.[11]
Plano da Operao Eltrica de Mdio Prazo PEL, feito em dois ciclos, sendo o
primeiro realizado anualmente e o segundo para contemplar as alteraes do
sistema que possam modificar significativamente os resultados do primeiro
ciclo; tem por objetivo: definir aes que solucionem os problemas identificados
no horizonte do estudo; avaliar o benefcio dos novos equipamentos e
instalaes de transmisso e gerao na operao do sistema e indicar
providncias para antecipaes de equipamentos e instalaes de transmisso e
gerao para contornar eventuais atrasos de cronogramas; indicar medidas
operativas para que a operao atenda aos padres e critrios estabelecidos nos
40
Procedimentos de Rede, utilizando os recursos de gerao e da rede de
transmisso existentes, a previso de carga e o cronograma para a entrada em
operao de novos equipamentos de transmisso e gerao, programados para o
horizonte do estudo; identificar as restries eltricas que impeam a adoo de
polticas energticas que assegurem o menor custo da operao; indicar, em
situaes especiais, a necessidade de constituir grupos de trabalho especficos
que visem ao aprofundamento da anlise de problemas identificados no
horizonte do estudo e a busca de solues para esses problemas; e subsidiar o
MME e a ANEEL na tomada de decises. [11]
Diretrizes para a Operao Eltrica com Horizonte Quadrimestral - realizada
com base na avaliao do desempenho do SIN, indicando medidas operativas
para que a operao atenda aos referidos padres e critrios, utilizando os
recursos de gerao e da rede de transmisso existentes, a previso de carga e o
cronograma para a entrada em operao de novos equipamentos de transmisso
e gerao, programados para o horizonte do estudo; compatibilizando as
restries eltricas, cuja finalidade a segurana operativa e o atendimento
carga, com as polticas energticas que visam ao menor custo da operao;
subsidiar os processos de planejamento da operao eltrica de curto prazo. [11]
Diretrizes para a Operao Eltrica com Horizonte Mensal subsidiada pelo
estudo anterior, tendo em vista os mesmos objetivos bsicos, mas com um
horizonte de estudo menor e com a responsabilidade de subsidiar a elaborao
da programao de intervenes em instalaes da rede de operao; e subsidiar
a operao em tempo real. [11]
Base de Dados para Estudos Eltricos de Fluxo de Potncia para o Horizonte do
Estudo, que abrange informaes como dados de circuito, configuraes, novos
empreendimentos, etc. [11]
A primeira etapa para a realizao desses estudos se inicia com os agentes do
SIN fornecendo os dados eltricos das suas redes para o ONS, de acordo com as
modelagens apresentadas anteriormente, e com o ONS consolidando esses dados para
evitar o surgimento de inconsistncias no sistema e possveis erros tanto de fluxo de
potncia quanto de estabilidade. Seguindo da montagem dos casos de referncia de
acordo com os prazos previstos no incio do estudo, posteriormente disponibilizados
para os agentes de operao, e, em caso de necessidade, alguns casos especficos que
41
podem ser acrescentados, por determinao do ONS ou por solicitao de algum agente.
Por fim, so realizadas anlises computacionais no sistema em condies normais ou
sob contingncias de linhas, transformadores e outros equipamentos do sistema eltrico,
verificando o atendimento aos padres definidos nos Procedimentos de Rede.
2.4.2.3 Definies das redes
Conforme disposto no submdulo 23.2 dos Procedimentos de Rede, temos os
seguintes critrios para a definio das instalaes que compem a rede de simulao, a
rede complementar e a rede de superviso:
Rede de simulao do SIN:
Rede bsica;
Demais Instalaes da Transmisso DIT, conforme definidas e regulamentadas
pela ANEEL;
Usinas despachadas centralizadamente, com as respectivas instalaes de
conexo, e instalaes de distribuio, fora da rede de operao, que interligam
essas usinas rede de operao;
Instalaes com tenso igual ou superior a 138 kV atravs das quais sejam
fechados anis entre duas ou mais subestaes da rede bsica;
Instalaes com tenso inferior a 138 kV atravs das quais sejam fechados,
somente em operao normal, anis entre duas ou mais subestaes da rede
bsica;
Outras instalaes cuja representao seja necessria para reproduzir com grau
de preciso adequado os fenmenos que ocorrem no SIN.
Rede complementar do SIN:
Circuitos que formem anel com a rede bsica ou que interliguem barramentos
definidos para a rede complementar, cujo controle necessrio para que o ONS
efetue a adequada operao da rede bsica;
Barramentos e equipamentos de compensao reativa, a eles conectados,
localizados no secundrio e tercirio de transformadores de potncia integrantes
da rede bsica, cujo controle necessrio para que o ONS efetue a adequada
operao da rede bsica;
42
Instalaes fora da rede bsica, cujo controle necessrio para que o ONS efetue
a adequada operao da rede bsica;
Instalaes de conexo de usinas despachadas centralizadamente, cuja operao
possa afetar o desempenho da rede bsica.
As instalaes fora da rede bsica ao que se refere rede de simulao sero
estabelecidas pelo ONS, compreendendo: as conversoras de frequncia e as suas
instalaes de conexo ligadas diretamente rede bsica na tenso igual ou
superior a 230 kV; os barramentos secundrios de transformadores de fronteira
com instalaes de conexo de usinas despachadas centralizadamente a eles
conectados; os transformadores defasadores; e os transformadores de
propriedade de agentes de distribuio com tenso primria igual ou superior a
230 kV.
Rede de superviso do SIN:
Rede de operao;
Instalaes e equipamentos que garantam que o sistema supervisionado forme,
em condies normais de operao, uma nica ilha eltrica observvel,
viabilizando uma modelagem do sistema eltrico que permita ao ONS o
processamento das funes avanadas de tempo real, inclusive a realizao de
simulaes de desempenho do SIN;
DIT fora da rede de operao, instalaes de distribuio fora da rede de
operao e instalaes de conexo, que interligam as usinas despachadas
centralizadamente rede de operao, nos casos em que a ausncia de
superviso possa levar a resultados incorretos nas simulaes em tempo real
para verificao da segurana do SIN;
Outras instalaes, que no atendam aos critrios anteriores, mas que sejam
consideradas fundamentais para que o modelo da rede eltrica, obtido a partir da
rede de superviso, represente o funcionamento adequado das ferramentas de
apoio tomada de deciso em tempo real.
O modelo da rede eltrica, obtido a partir da rede de superviso, deve permitir
simulaes de contingncias na rede de operao cujos resultados tenham desvio
relativo de carregamento mximo de 10%, se comparados com os resultados da
simulao dessas mesmas contingncias na rede de simulao.
43
Todas essas definies apresentadas pelo submdulo 23.2 podem ser observadas
atravs do diagrama, representado na figura 2-26, a seguir:
Figura 2-26 - Redes do SIN
A rede de simulao brasileira representada por um sistema de
aproximadamente 5000 barras, dentre essas cerca de 500 so do tipo PV, ou seja, de
tenso controlada conforme mostrado na metodologia do fluxo de potncia. A barra
swing representada pelo barramento de baixa tenso usina de Ilha Solteira, em So
Paulo. Para conectar as barras do SIN so representados cerca de 7100 circuitos, sendo
da ordem de 4400 linhas de transmisso, 1400 transformadores fixos, 1300
transformadores com ajuste de tape, 1 transformador defasador em Angra dos Reis-RJ e
um transformador defasador com ajuste de tape em Natal-RN.
2.4.2.4 Diretrizes e critrios para fluxo de potncia em circuitos de corrente
alternada
A partir da definio dessas redes, o submdulo 23.3 dos Procedimentos de
Rede determina as diretrizes e os critrios para o estudo de fluxo de potncia e de
estabilidade, de acordo com a teoria apresentada no incio deste captulo, que sero
aplicados neste estudo.
44
O sistema deve ser analisado para as condies de carga e de gerao que so
pertinentes ao objetivo da avaliao, entre as quais, carga pesada, mdia, leve e mnima.
Quando necessrio, podem ser analisadas outras condies de carga para horrios e/ou
dias especficos. Em regime permanente, as cargas devem ser representadas, em regra
geral, com 100% de potncia constante para as partes ativa e reativa. Entretanto, podem
ser representadas com percentuais variveis conforme o modelo ZIP apresentado na
modelagem de carga para o fluxo de potncia.
Os estudos de fluxo de potncia devem abranger, alm da condio operativa
normal, anlise de contingncias de linhas, transformadores e outros equipamentos do
sistema eltrico, com o objetivo de se definirem aes para que o SIN opere sem perda
de carga e sem violaes inadmissveis dos limites de tenso e de carregamento. Na
anlise de contingncias dos estudos de planejamento e programao da operao
eltrica, pr-operacionais e de comissionamento, o desempenho eltrico deve ser
verificado nas seguintes situaes:
Imediatamente aps o desligamento de elemento(s) do sistema, quando se
considera apenas a atuao da regulao de tenso em barras controladas por
unidades geradoras, compensadores sncronos e estticos, e de SEP pertinentes;
Aps a atuao dos tapes de transformadores com comutao sob carga que
operem no modo automtico;
No instante em que so consideradas as medidas operativas que dependem da
ao humana, tais como as indicadas na tabela 2-2.
Tabela 2-2 - Medidas operativas que dependem da ao humana
Medidas operativas que dependem da ao humana
Chaveamento de capacitores e/ou reatores
Alterao da tenso de referncia de unidades geradoras, compensadores sncronos e
estticos
Redespacho de potncia ativa em unidades geradoras
Remanejamento de carga
Desligamento de circuitos
Alterao da potncia transferida atravs de elos de corrente contnua
Separao de barramentos
45
Alterao de tapes de transformadores com comutao sob carga que operem no modo
manual
Alterao de ngulo nos transformadores defasadores
Os limites de tenso a serem observados nos estudos eltricos para a condio
operativa normal e para condio operativa de emergncia se encontram na tabela 2-3.
As faixas operativas mais adequadas de tenso (diretrizes operativas) so definidas
pelos estudos de planejamento e programao da operao eltrica e pelos estudos pr-
operacionais, e devem observar os limites apresentados e respeitar as limitaes
especficas informadas pelos agentes.
Tabela 2-3 - Tenses entre fases admissveis a 60Hz
Tenso nominal de operao
(1)
Condio operativa normal Condio operativa de
emergncia
(kV) (kV) (pu) (2)
(kV) (pu) (2)
< 138 0,95 a 1,05 0,90 a 1,05
230 218 a 242 0,95 a 1,05 207a 242 0,90 a 1,05
345 328 a 362 0,95 a 1,05 311 a 362 0,90 a 1,05
440 418 a 460 0,95 a 1,046 396 a 460 0,90 a 1,046
500 500 a 550 1,00 a 1,10 475 a 550 0,95 a 1,10
525 500 a 550 0,95 a 1,05 475 a 550 0,90 a 1,05
765 690 a 800 0,90 a 1,046 690 a 800 0,90 a 1,046 (1) Valor eficaz de tenso pelo qual o sistema designado (Res. Aneel 505/2001).
(2) Valores em pu tendo como base a tenso nominal de operao.
2.4.2.5 Diretrizes e critrios para estabilidade em circuitos de corrente
alternada
Os estudos da estabilidade eletromecnica de sistemas eltricos de potncia
esto relacionados anlise do comportamento desses sistemas aps distrbios. O tipo
de distrbio e a natureza dos fenmenos a serem analisados definem o grau de
detalhamento e as caractersticas da modelagem que se deve usar na representao do
sistema eltrico. Como resultado desses distrbios, que usualmente so decorrentes de
sbitas mudanas estruturais na rede eltrica, o sistema sai do ponto de operao estvel
que se encontrava e tende a se acomodar em outro ponto de operao. As unidades
geradoras so submetidas a aceleraes e desaceleraes de tal intensidade que certas
46
unidades ou grupos de unidades podem perder sincronismo entre eles ou com o sistema.
Dependendo da natureza e da durao do distrbio, o comportamento eletromecnico
das unidades geradoras pode ser amortecido ou no, terminando em um novo ponto de
operao estvel ou no colapso do sistema.
Para os estudos de estabilidade multimquinas, o ONS tem bancos de dados,
complementados pelas informaes dos agentes, com os modelos de mquinas,
reguladores de tenso, seus limitadores e compensadores, sinais adicionais
estabilizantes, reguladores de velocidade, compensadores estticos, TCSC9, sistemas
CC, modelos de carga, protees e demais equipamentos de controle. As diretrizes e os
critrios apresentados que so aplicados aos estudos de estabilidade eletromecnica
relacionam-se aos seguintes assuntos:
Anlise de estabilidade entre reas, para a proposio de ampliaes e reforos
ou para o planejamento e programao da operao eltrica;
Avaliao dos limites de transferncia de potncia entre reas e subsistemas,
com definio dos limites de intercmbio;
Anlise dos impactos relativos a energizao, desenergizao, fechamento de
anis, fechamento de paralelos, religamento automtico, anlise/definio de
SEP e, ainda, ajuste de protees e otimizao de controladores;
Anlise de sobretenses dinmicas referentes a perturbaes que provoquem
rejeies de grandes blocos de carga para o ajuste de protees de sobretenso e
o dimensionamento de compensao reativa;
Anlise de ocorrncias de grande porte no SIN, para determinao de suas
causas e definio das providncias necessrias para evit-las ou para reduzir
seus impactos.
Em cenrios energticos desfavorveis, as diretrizes e critrios constantes deste
submdulo podem ser flexibilizados, em atendimento s necessidades especficas da
ocasio, nas avaliaes eletroenergticas conduzidas no mbito da programao diria e
do planejamento eltrico mensal. Essa flexibilizao e seu contexto devem ser
explicitados no escopo dos estudos.
47
2.4.3 Plano decenal de expanso da energia - PDE 2010/2019
O Ministrio de Minas e Energia (MME) apresentou no dia 20 de maio de 2010,
o Plano Decenal de Expanso da Energia PDE 2010/2019. De acordo com o plano, at
2019, todas as capitais do pas estaro conectadas ao sistema interligado nacional,
garantindo os mesmos suprimentos a todas elas. [13]
As principais diretrizes e prioridades do Plano incluem: a auto-suficincia
energtica (importao e exportao); a hidroeletricidade e usinas da Amaznia; a
diversificao da matriz energtica; a insero de fontes alternativas, como biomassa e
elica; os sistemas isolados da regio Norte, bem como a transmisso entre regies e
bacias hidrogrficas; e a viabilizao da expanso do sistema energtico nos prximos
dez anos.[13]
O PDE 2010 2019 prev investimentos no setor eltrico da ordem de R$ 214
bilhes nos segmentos de gerao e transmisso de energia eltrica, sendo R$ 175
bilhes em gerao eltrica e R$ 39 bilhes em transmisso de energia eltrica. Quanto
aos biocombustveis at 2019, esto previstos investimentos de R$ 66 bilhes,
representando 7% dos investimentos totais na expanso de energia. No perodo de 2010
a 2019, foi projetado um crescimento da demanda de energia eltrica de 5,1% ao ano, o
que torna necessrio agregar anualmente o equivalente a 7.100 MW de nova capacidade
(incluindo auto-produo clssica), isto , nos prximos 10 anos, ou seja, 71.300 MW
de capacidade instalada neste perodo. Desse total da expanso, 79% se d por fontes
renovveis, o equivalente a 55.800 MW.[13]
48
3. Anlise de regime permanente
3.1 Introduo
Este captulo direcionado ao estudo, em regime permanente, das interligaes
Norte-Nordeste e Norte-Sul, contemplando a entrada em operao da conexo dos
sistemas isolados das capitais Manaus e Macap ao Sistema Interligado Nacional
atravs da subestao de Tucuru, no estado do Par.
Manaus o principal centro financeiro, corporativo e econmico da Regio
Norte do Brasil, tambm a cidade mais populosa da Amaznia e oitava em relao ao
Brasil de acordo com as estatsticas do IBGE, sendo uma das cidades brasileiras mais
conhecidas mundialmente, principalmente pelo seu potencial turstico e pelo
ecoturismo, sendo o dcimo maior destino de turistas no Brasil. Ficou conhecida no
comeo do sculo XX, na poca urea da borracha. Nessa poca foi batizada como
Corao da Amaznia e Cidade da Floresta. Atualmente seu principal centro econmico
o Plo Industrial de Manaus, em grande parte responsvel pelo fato da cidade deter o
7 maior PIB do pas, respondendo por 1,4% da economia nacional. [14]
J Macap a nica capital estadual que no possui interligao por rodovia a
outras capitais e vem se destacando da maioria dos municpios do Brasil pelo
crescimento econmico e populacional bem acima das mdias nacionais. [14]
Para sustentar esses nveis de crescimento, tanto econmico quanto
populacional, torna-se necessrio um fornecimento de energia adequado e de operao
interligada. Esta parte do estudo ser responsvel por apresentar os resultados das
anlises de fluxo de potncia em regime permanente e em contingncias para a conexo
desses sistemas ao SIN. Sero analisados os cenrios de mxima exportao da Regio
Norte para a Regio Nordeste e de mxima exportao da Regio Norte para a Regio
Sudeste, de acordo com as definies que sero apresentadas a seguir, considerando a
configurao do SIN no horizonte do ano de 2013.
3.2 Interligaes Regionais
A operao do Sistema Interligado Nacional de forma coordenada,
aproveitando-se as diversidades hidrolgicas existentes entre as bacias hidrogrficas
49
nacionais, proporciona maior disponibilidade de energia do que a operao de cada
subsistema isoladamente. Para viabilizar a transferncia de energia entre as bacias
localizadas nas diferentes regies geogrficas do extenso territrio brasileiro, com a
conseqente otimizao da gerao de energia, so utilizadas as interligaes
regionais.[15]
Para realizar esse estudo, sero consideradas as interligaes entre os
subsistemas das Regies Norte, Nordeste e Sudeste. As conexes deste sistema de
500 kV, conforme apresentado pela figura 3-1, considerando a Regio Norte como
referncia so:
Com a Regio Nordeste: nas subestaes de Teresina II e Boa Esperana, no
Estado do Piau, atravs dos circuitos Presidente Dutra Teresina II (C1 e C2) e
Presidente Dutra Boa Esperana e nas subestaes So Joo do Piau e
Sobradinho nos estados do Piau e da Bahia respectivamente, atravs do circuito
Colinas - Ribeiro Gonalves So Joo do Piau Sobradinho, sendo que esse
ltimo trecho representa a duplicao dos circuitos entre So Joo do Piau e
Sobradinho. Essa interligao foi concebida inicialmente para escoar a gerao
excedente na UHE Tucuru da Regio Norte para a Regio Nordeste e
atualmente possibilita a troca de energia tambm com a regio Sudeste. Est
prevista para janeiro de 2011 a expanso da interligao Norte - Nordeste
atravs do 2 circuito da LT 500 kV Colinas - Ribeiro Gonalves - So Joo do
Piau e do circuito 500 kV So Joo do Piau Milagres.
Com a regio Sudeste: na subestao de Miracema, no Estado do Tocantins. A
interligao entre as regies Norte e Sudeste, denominada de interligao Norte-
Sul, constituda atualmente por um sistema de transmisso composto por trs
circuitos em 500 kV entre as subestaes de Itacainas/Imperatriz, no Estado do
Maranho, e a subestao de Serra da Mesa, no Estado de Gois, passando pelas
subestaes de Colinas, Miracema e Gurupi, no Estado do Tocantins.
A interligao entre as regies Sudeste e Nordeste feita atravs da LT 500 kV
Serra da Mesa II Rio das guas Bom Jesus da Lapa II - Ibicoara Sapeau
Camaari II, denominada de interligao Sudeste-Nordeste, com cerca de 1100 km de
extenso, passando pelos Estados de Gois e Bahia, tambm mostrada na figura 3-1.
50
Figura 3-1 - Interligao Norte-Nordeste
3.2.1 A Interligao Tucuru-Macap-Manaus
A Interligao Tucuru-Macap-Manaus ser composta por sete linhas de
transmisso em circuito duplo com extenso total aproximada de 1.800 km que
conectaro oito subestaes, das quais sete so totalmente novas, e perpassaro regies
de difcil acesso, com travessias de rios de grande porte e outros desafios. Durante a
escolha da alternativa para integrao da Amaznia ao SIN, os responsveis pelo
planejamento do setor eltrico buscaram uma soluo de menor custo global e de menor
impacto ambiental o que facilitaria o licenciamento para construo das instalaes. O
investimento estimado ser de aproximadamente 3 bilhes de reais.[16] A figura 3-2
mostra geograficamente a localizao da interligao.
51
Figura 3-2 - Disposio geogrfica da interligao
Os estudos de planejamento realizados pelo CCPE (Comit Coordenador do
Planejamento da Expanso dos Sistemas Eltricos) e pelo CTET (Comit Tcnico para
Expanso da Transmisso) recomendaram a utilizao de um circuito duplo na tenso
de 500 kV, 4x954 MCM, desde a subestao na usina hidreltrica de Tucuru at a
cidade de Manaus, na rota pela margem esquerda do rio Amazonas, contemplando
quatro subestaes intermedirias de 500 kV nas proximidades de Xingu, Jurupari,
Oriximin e Itacoatiara.
A partir da subestao de Oriximin est previsto o atendimento s comunidades
situadas na margem esquerda do rio Amazonas. Para atender cidade de Macap foi
recomendado um circuito duplo na tenso de 230 kV, 2x795 MCM, a partir da SE
Jurupari, com seccionamento em Laranjal do Jari, conforme diagrama unifilar
apresentado na figura 3-3. Recomendou-se ainda, a instalao de compensadores
estticos de +200/-200 Mvar nas subestaes 500 kV de Jurupari, Oriximin e
Itacoatiara e um de +100/-100 Mvar na subestao de 230 kV de Macap, para
assegurar o adequado desempenho da interligao.[17]
52
O sistema de transmisso assim dimensionado tem capacidade suficiente para
atender uma carga de at 1.730 MW. Para fazer frente ao crescimento de demanda
previsto para a regio, esse sistema apresenta compensao srie de 70% em cada trecho
de linha de 500 kV, para aumentar a capacidade de suprimento a um mercado regional
de at 2.530 MW.
Figura 3-3 - Diagrama unifilar da interligao Tucuru-Macap-Manaus
Os parmetros eltricos das linhas da interligao so representados de acordo
com a modelagem pi-equivalente, apresentada no item Linhas de Transmisso da seo
de Modelagem matemtica para o estudo de fluxo de potncia, segundo as informaes
contidas na tabela 3-1.
Tabela 3-1 - Parmetros de linha da interligao
Linha de Transmisso Extenso (km) r(%) x(%) B(MVAr)
Tucuru - Xingu 500kV 270 0,177 2,769 418,5
Xingu - Jurupari 500kV 257 0,173 2,698 407,2
Jurupari - Oriximina 500kV 370 0,239 3,808 592,2
Oriximin - Itacoatiara 500kV 370 0,239 3,808 592,2
Itacoatiara - Lechuga 500kV 211 0,144 2,228 333,3
53
Para o controle de tenso na interligao, podem ser utilizados os seguintes
equipamentos, em cada subestao, conforme as informaes mostradas nas tabelas
tabela 3-2 e tabela 3-3 de acordo tambm com a modelagem matemtica de
componentes de rede:
Tabela 3-2 - Equipamentos de barra para controle de tenso
SE Reator de barra manobrvel
(MVAr)
Compensador esttico
(MVAr)
Xingu 136 -
Jurupari 136 +200/-200
Oriximin 200 +200/-200
Itacoatiara - +200/-200
Macap - +100/-100
Tabela 3-3 - Equipamentos de linha
Linha de Transmisso Reator de linha (MVAr) SE
Tucuru - Xingu 500kV 136 Xingu
Xingu - Jurupari 500kV 136 Xingu e Jurupari
Jurupari - Oriximin 500kV 200 Jurupari e Oriximin
Oriximin - Itacoatiara 500kV 200 Oriximin e Itacoatiara
Itacoatiara - Lechuga 500kV 110 Itacoatiara e Lechuga
Laranjal - Macap 230kV 25 Laranjal e Macap
3.2.2 Principais fluxos nas interligaes
A partir das determinaes das fronteiras entre os sistemas regionais mostradas
anteriormente, esta seo tem por objetivo trazer as definies dos principais fluxos de
potncia, agrupando os fluxos de cada circuito em blocos conforme apresentado nas
informaes da figura 3-4 e da tabela 3-4 abaixo.
54
Figura 3-4 - Principais fluxos entre as Regies Norte, Nordeste e Sudeste
Tabela 3-4- Determinao dos principais fluxos nas interligaes das regies Norte, Nordeste e Sudeste.
Exportao do
Norte
(EXPN)
Somatrio do fluxo de potncia ativa nas seguintes instalaes:
LT 500 kV Presidente Dutra-Teresina II C1 e C2;
LT 500 kV Presidente Dutra-Boa Esperana;
LT 500 kV Colinas-Ribeiro Gonalves C1 e, futuramente C2;
LT 230 kV Peritor-Teresina (*) e
LT 500 kV Colinas-Miracema (*) C1, C2 e C3.
*Com valor positivo para o fluxo que sai de Presidente Dutra,
Colinas e Peritor.
55
Recebimento do
Nordeste
(RNE)
Somatrio do fluxo de potncia ativa nas seguintes instalaes:
LT 500 kV Presidente Dutra-Teresina II C1 e C2;
LT 500 kV Presidente Dutra-Boa Esperana;
LT 500 kV Colinas-Ribeiro Gonalves C1;
LT 230 kV Peritor-Teresina (*) e
LT 500 kV Serra da Mesa 2-Rio das guas.
*Com valor positivo para o fluxo que sai de Presidente Dutra,
Colinas, Peritor e Serra da Mesa 2.
Exportao do
SE NNE
(EXPSE)
Somatrio do fluxo de potncia ativa nas seguintes instalaes:
LT 500 kV Miracema-Colinas C1, C2 e C3 e
LT 500 kV Serra da Mesa 2-Rio das guas.
Com valor positivo para o fluxo que sai de Miracema e
Serra da Mesa 2.
Fluxo NNE
(FNE)
Somatrio do fluxo de potncia ativa nas seguintes instalaes:
LT 500 kV Presidente Dutra-Teresina II C1 e C2;
LT 500 kV Presidente