UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARINSTITUTO DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

ANLISE DE SISTEMAS DE POTNCIA

UFPA / ITEC / PPGEEBelm -Par - Brasil2015

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARINSTITUTO DE TECNOLOGIAPROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

ANLISE DE SISTEMAS DE POTNCIA

Aluno: Diorge de Souza Lima MAT: 201400470046Professor: Dr Ubiratan de Holanda Bezerra

Este trabalho apresenta um estudo de fluxo de carga de um sistema eltrico como complemento da Avaliao da Disciplina Anlise de Sistemas de Potncia.

UFPA / ITEC / PPGEEBelm -Par - Brasil2015

Pede-se:1) Inicialmente monte um diagrama unifilar para representar este sistema eltrico:Para isso, mostrado na Figura 1 o diagrama unifilar para representar o sistema eltrico, sendo possvel observar a sobrecarga de 12% da linha de transmisso 6-7.

Figura 1. Diagrama unifilar para representar o sistema eltrico.2) Utilizando o programa computacional Powerworld execute um estudo de fluxo de carga para este sistema (Caso Base). Escolha como base do sistema a tenso de 230 kV e a potncia de 100MVA. Comente os resultados obtidos, verificando se os mdulos das tenses esto dentro dos limites permitidos de +-5% e se as linhas e transformadores apresentam sobrecargas. Calcule as perdas ativas e reativas. Com o caso base simulado, de acordo com a Figura 2, os limites de tenses nodais nos barramentos 5, 7, 8, 9 e 10 esto abaixo dos limites permitidos de 5% pela ANEEL (2009) no Mdulo 8 do Procedimento de Distribuio de Energia Eltrica (PRODIST). A partir disso, tomou-se medidas mitigadoras para ajustar a tenso em todos os barramentos do sistema eltrico.

Figura 2. Valores de tenses, carga e de gerao nos barramentos. A medida inicial na tentativa de elevar as tenses nos barramentos desejados foi ajustar para 1,05 pu a tenso no setpoint das usinas geradoras. No entanto, como mostrado na Figura 3, mesmo com o ajuste, duas barras ainda apresentam tenses com limites inferiores ao estabelecido pela ANEEL (2009) no mdulo 8 do PRODIST.

Figura 3.Valores de tenses, carga e de gerao nos barramentos com o setpoint ajustado. A partir do diagrama unifilar mostrado na Figura 4, possvel observar que a linha de transmisso 6-7 ainda apresenta 3% de sobrecarga.

Figura 4. Diagrama unifilar aps a realizao do setpoint.Ento, a elevao da tenso nos barramentos podem serem realizadas a partir de duas alternativas: uma delas seria realizar o esquema regional de alvio de carga (ERAC), sendo uma das solues mais rpidas e de menor investimento. A outra seria a instalao de um banco de capacitores. Essa segunda alternativa de soluo, possibilita a elevao de tenso aps a insero de potncia reativa na barra, para isso, se faz necessrio um estudo prvio e anlise dos investimentos necessrios. O dimensionamento de um banco de capacitores realizando, partindo da suposio que a barra PV, logo para uma tenso fixa desejada, ter como resposta a quantidade de reativos necessrios para a mesma barra. Para o Caso Base em estudo, considerou-se a instalao de um banco de capacitores com capacidade de 26 MVAr no barramento 10. O barramento 10 foi escolhido para a instalao do banco de capacitores j que o mesmo apresenta piores condies no limite de tenso.

Figura 5

Figura 6.

Figura 7. Valores de tenso, carga, gerao e banco de capacitores para o caso base. As perdas ativas e reativas podem serem visualizadas na Figura 5. Tendo um valor de MW de perdas ativas e MVAr de perdas reativas.

Figura 8. Valores das perdas ativas e reativas. Para definir os valores das perdas ativas e reativas, basta realizar o somatrio das ultimas colunas e obter os valores totais. Com isso tem-se que a perda ativa representa 14,65 MW e a potncia reativa -39,75 MVAr. 3) Tomando caso base como referncia, obtenha a soluo que apresente perdas ativas menores. Como as perdas ativas variam com o mdulo da tenso?Para obter uma soluo que apresente perdas ativas menores, aconselhvel que os valores de tenso nos barramentos sejam mais prximo possvel de 1pu. Portanto, inicialmente, ajustou os valores nodais das unidades geradoras a 1pu, assim como instalar banco de capacitores e realizar corte de cargas, para que todas as tenses sejam prximas a 1pu.

Figura 9. Valores de tenso para a soluo com menor perdas. Para definir os valores das perdas ativas, basta realizar o somatrio e obter o valor total. Com isso tem-se que a perda ativa representa 13,16 MW. Para que todas as tenses ficassem prximas a 1pu, foi necessrio adicionar um banco de capacitores na barra 8 fornecendo 40 MVAr e na barra 10 o banco de capacitores fornecendo 55 MVAr. Alm disso, foi realizado um corte de 50% de carga na barra 10.

Figura 10. Valores das perdas ativas e reativas. 4) Com relao ao Caso Base, verifique se possvel operar o sistema com as tenses nas barras (4), (6) e (8) igual a 1 pu. Comente a soluo.A Figura X mostra o diagrama unifilar do sistema quando as tenses nas barras (4), (6) e (8) so iguais a 1 pu. Portanto possvel observar que para o sistema operar dessa forma, seria necessrio haver compensao nessas barras. Sendo esses valores no barramento 8 com 78MVAr e no barramento 4 com valor de -89MVAr e por fim no barramento 6 assumindo valores de -81 MVAr.

Figura 11. Diagrama unifilar para as barras 4, 6 e 8 operando com tenses de 1pu. 5) Novamente, tomando o caso base como referncia, aplique as contingncias relacionadas a seguir, analisando em cada caso os resultados obtidos, e adotando as medidas necessrias para a correo dos problemas de sobre e subtenso e sobrecargas em linhas e transformadores, coso eles ocorram:Contingncia 1 Perdas simultneas das linhas (5-6) e (9-8):Com a contingncia 1 realizada, percebe-se a linha de transmisso 6-7 com 29% de sobrecarga da sua capacidade total de carga permitida, como pode ser observado pela Figura 12.

Figura 12. Diagrama unifilar com a perda simultnea das linhas 5-6 e 9-8.Com a perda simultnea das linhas de transmisso 5-6 e 9-8, a Figura 13 mostra que os limites de tenso das barras 7, 8 e 10, esto inferiores ao estabelecido pela ANEEL (2009) nos Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional (PRODIST).

Figura 13. Valores das tenses no barramento com a perda simultnea das linhas 5-6 e 9-8.Uma das medidas a serem tomadas para solucionar o problema realizar o esquema regional de alvio de carga (ERAC), que um SEP especfico de corte de carga (XXXX). Ento, para elevao dos nveis de tenso, realizou um corte de carga de 25% na carga da barra 8 e na barra 10, assumindo novos valores de 90 MW e 30 MVAr e 75MW e 30MVAr nas respectivas barras. Outra mudana realizada, foi a escolha da unidade de gerao 3 como uma barra de referncia na tentativa de melhorar o redespacho de energia. Portanto, como a barra de referncia ir suprindo somente a quantidade exigida pelo sistema, a sobrecarga das linhas de transmisso entre os barramentos 6 e 7 deixar de existir.

Figura 14. Diagrama unifilar aps a soluo para a contingncia 1.A Figura 15 mostra os limites dentro do estipulado pela ANEEL a partir do corte de cargas.

Figura 15. Valores das tenses aps a soluo para a contingncia 1.Aps a contingncia o sistema poder voltar as suas condies iniciais pr-estabelecidas no caso base. Contingncia 2 Perda da usina geradora 2:Com a contingncia 2, percebe-se que a unidade geradora da barra 1 encontra-se sobrecarregada, pois a sua capacidade mxima de produo de energia reativa de -300 a 300MVAr, porm a mesma encontra-se com 320MW. Para o problema real consideramos que a mquina esteja entregando esta potncia com a frequncia de operao abaixo do estabelecido pela ANEEL. Na Figura X observa-se que com a contingncia 2 a linha de transmisso 1-4 encontra-se com 50% de sobrecarga e a linha de transmisso 6-7 com 66% de sobrecarga.

Figura 16. Diagrama unifilar para a contingncia 2. Na Figura X, observa-se que com a sada da unidade geradora do barramento 2, o sistema sofrer com baixos valores nos nveis de tenso permitido pela ANEEL. Essas baixas tenses so observadas nos barramentos 2, 3, 5, 7, 8, 9 e 10.

Figura 17. Valores das tenses aps a contingncia 2.Uma das medidas a serem tomadas para solucionar o problema novamente realizar o esquema regional de alvio de carga (ERAC). Ento, para elevao dos nveis de tenso, realizou um corte de carga de 40% na carga da barra 8, assumindo novos valores de 72MW e 24MVAr. Outro corte de carga realizado foram nas barras 7 e 10, com o corte de 30%, assumindo novos valores de 70MW e 25MVAr e 70MW e 28MVAr, respectivamente.

Figura 18. Diagrama unifilar aps a soluo da contingncia 2.A partir dessa iniciativa, os valores de tenso aumenta consideravelmente, permanecendo todos dentro do valor estabelecido pela ANEEL. A Figura X mostra todos os valores das tenses nos barramentos aps o corte seletivo das cargas.

Figura 19. Valores das tenses aps a soluo para a contingncia 2.Aps a contingncia o sistema poder voltar as suas condies iniciais pr-estabelecidas no caso base. Contingncia 3 Desligamento total da carga da barra 10;Com o desligamento total da carga na barra 10, no ocorrer nenhuma sobrecarga nas linhas de transmisso como mostrado na Figura X.

Figura 20. Diagrama unifilar com a contingncia 3.No entanto, diferentemente dos problemas at ento enfrentados, a sada abrupta de toda a carga da barra 10 provoca uma elevao dos nveis de tenso, assim como mostrado na Figura X. Portanto, observa-se que os valores so prximos ao estabelecido pela ANEEL. Para isso, por segurana, desligou-se o banco de capacitores na tentativa de manter os limites de tenso mais prximos de 1pu.

Figura 21. Valores das tenses aps a contingncia 3.Para isso, desligou temporariamente o banco de capacitores conectado ao barramento 10. Com isso, os nveis de tenses ficaram mais prximos de 1pu, como pode ser observado pela Figura X.

Figura 22. Valores das tenses aps a soluo para a contingncia 3.Aps a contingncia o sistema poder voltar as suas condies iniciais pr-estabelecidas no caso base. Contingncia 4 Perdas simultneas das linhas (4-5) e (7-8):A Figura X mostra que com a perda das linhas 4-5 e 7-8, o sistema apresentar uma sobrecarga de 9% no transformador da gerao 3 e uma outra sobrecarga de 57% na linha de transmisso 6-7. Tambm possvel observar que a unidade geradora 3 est com potencia nominal acima do que ela pode oferecer. Ento, para um sistema real, isso representa que o sistema est operando com frequncia abaixo de 60Hz.

Figura 23. Diagrama unifilar para a contingncia 4.A Figura X mostra os nveis de tenso nos barramentos para a contingncia 4, que so as perdas nas linhas 4-5 e 7-8. Os barramentos 5, 7 e 10 apresentam tenses abaixo do estabelecido pela ANEEL.

Figura 24. Valores das tenses aps a contingncia 4.Para a soluo deste problema, ser realizado novamente o esquema regional de alvio de carga (ERAC). Para isso, ser realizado o corte de carga de 10% na barra 7, assumindo valores de 81MW e 27MVAr. Na barra 5, o corte de carga ser de 20%, assumindo novos valores de 72MW e 24MVAr. Na barra 10, o corte de carga ser de 35%, apresentando novos valores de 65MW e 26MVAr.

Figura 25. Diagrama unifilar aps a soluo da contingncia 4.Aps os ajustes de corte de carga nas barras, observa-se que os valores dos nveis de tenso encontram-se todos dentro do limite estabelecido pela ANEEL.

Figura 26. Valores das tenses aps a soluo para a contingncia 4.

6) Para o sistema ajustado no caso base, execute um estudo de planejamento utilizando um algoritmo de fluxo de carga CC, para os prximos 5 anos, considerando um crescimento uniforme das cargas em todas as barras a uma taxa de 10% ao ano. Recomende os investimentos a serem feitos, medida que os limites de gerao e de transmisso/transformao forem sendo violados.

BarrasPotncia nas Barras (MW)

ANO 0ANO 1ANO 2 ANO 3 ANO 4ANO 5

B 59099108,90119,80131,77144,95

B 79099108,90119,80131,77144,95

B 8120132145,20159,72175,70193,26

B 9808896,80106,48117,13128,84

B 10100110121133,1146,41161,05

Ano 0:

Figura 27.

Ano 1:

Figura 28

Ano 2:

Figura 29

Ano 3:

Figura 30Ano 4:

Ano 5:

REFERNCIA

SCHWEITZER ENGINEERING LABORATORIES, SISTEMAS ESPECIAIS DE PROTEO ERAC. Disponvel em: http://www.selinc.com.br/guia_aplic/ERAC.pdf

[1] Stevenson, W. (1986). Elementos de anlise de sistemas de potncia. McGraw Hill. [2] Nexans. (s.d.). Nexans Brasil. Acesso em 08 de dezembro de 2013, disponvel em www.nexans.com.br Procedimentos de Distribuio de Energia Eltrica no Sistema Eltrico Nacional PRODIST Mdulo8 Qualidade da Energia Eltrica (2009)