ANAIS DO II SisPot ENCONTRO DE PESQUISADORES EM

II SisPot
Encontro de Pesquisadores em Sistemas de Potência
25 e 26 de março de 2002
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação − FEEC − UNICAMP
ANAIS DO II SisPot
ENCONTRO DE PESQUISADORES EM
SISTEMAS DE POTÊNCIA
Carlos A. Castro
Publicação FEEC 001/2002
Campinas, março de 2002.
Sumário
Prefácio
4
Programa final
5
Resumos dos trabalhos apresentados
8
Identificação de erros em estimação de estado, Eduardo Asada, Ariovaldo Garcia . . . . . . . . . .
O coeficiente de amortecimento no modelo matemático dinâmico clássico de um gerador elétrico,
Ernesto Ruppert Filho, Valdei Gonçalves dos Santos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Influência dos cabos pára-raios nos parâmetros longitudinais da linha de transmissão, S. Kurokawa,
J. Pissolato Filho, M.C. Tavares, C.M. Portela . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Sistema autônomo diesel-gerador de indução com regulação de freqüência e tensão, Valmir Machado
Pereira, José Antenor Pomilio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Planejamento de redes secundárias de distribuição de energia elétrica, Alysson M. Costa, Paulo M.
França . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Estudo de ı́ndices de proximidade ao limite de estabilidade de tensão e aplicação na seleção de
contingências, Adriana S. Quintela, Carlos A. Castro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Análise de sensibilidade da otimização energética de sistemas hidrotérmicos, Marcelo Augusto Cicogna
Aplicação de lógica nebulosa em análise de redes de energia elétrica, Murari, C.A.F., Canôas, A.C.G.
Identificação de componentes da carga utilizando redes neurais artificiais, Lia Toledo Moreira Mota,
Alexandre de Assis Mota, André L. Morelato França . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Aplicação de dispositivos FACTS para o amortecimento de oscilações eletromecânicas de baixa
freqüência em sistemas de energia elétrica, Adriana F. Domingues, Luiz C.P. da Silva, Vivaldo
F. da Costa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Influência dos sistemas flexı́veis de transmissão em CA (FACTS) na capacidade de transmissão de
sistemas interligados, Leticia M. Bevilaqua, Ariovaldo V. Garcia . . . . . . . . . . . . . . . .
Das gavetas para o mundo!, de Oliveira, S.A., Pozas, L.F., Pinheiro Filho, E.R., Leandro, E. . . . .
Pré-despacho de sistemas de energia elétrica via relaxação Lagrangeana e métodos de pontos interiores, Fábio G. Chiavegato, Aurelio R.L. Oliveira, Secundino Soares . . . . . . . . . . . . . .
Utilização do método probabilı́stico para planejamento da manutenção de disjuntores em sistemas
de sub-transmissão e de distribuição, Mamede, Juracy Pereira, Sato, Fujio . . . . . . . . . .
Um sistema computacional orientado para objetos no suporte à decisão do planejamento e operação
de sistemas hidrotérmicos de potência, Marcelo Augusto Cicogna . . . . . . . . . . . . . . .
Simulação do comportamento da demanda residencial termostática após blecautes utilizando programação orientada a objetos, Alexandre de Assis Mota, Lia Toledo Moreira Mota, André L.
Morelato França . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Pré-seleção de contingências para violações de MW em ramos de sistemas elétricos de potência,
Antônio Fernandes Guerra, Carlos A. Castro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
–2–
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15
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33
Análise de linhas de transmissão de circuito duplo utilizando parâmetros dependentes da freqüência,
A.J. Prado, J. Pissolato Filho, M.C. Tavares, C.M. Portela . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Previsão de carga horária utilizando redes neurais artificiais, Juliana Cristina M. Ferreira, Ariovaldo
V. Garcia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
A nova geração de sistemas de distribuição de energia elétrica com equipamentos baseados em
eletrônica de potência e geração dispersa, Walmir de Freitas, André L. Morelato França . .
Análise de desempenho de matrizes de sensibilidade na obtenção do equivalente Ward estendido,
Irênio Junior, Carlos Murari . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Atendimento de requerimentos mı́nimos de margens de estabilidade de tensão via redespacho reativo,
Taciana Menezes, Carolina Affonso, Luiz da Silva, Secundino Soares, Vivaldo da Costa . . .
Fluxo de potência ótimo dc por grafo generalizado com restrições adicionais via método de pontos interiores, Anı́bal Tavares de Azevedo, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira, Marcius Fabius
Carvalho, Secundino Soares Filho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Gerador de indução conectado diretamente à rede monofásica, Ricardo Quadros Machado, José
Antenor Pomilio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Redução de perdas em sistemas de distribuição de energia elétrica observando as variações de
demanda ao longo do dia, Edilson A. Bueno, Christiano Lyra Filho . . . . . . . . . . . . . .
Projeto, construção e ensaios de limitadores de corrente elétrica supercondutores monofásicos e
resistivos, Ernesto Ruppert Filho, Roberto Petry Homrich . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Palestrantes convidados
. 34
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. 41
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. 45
. 47
. 48
50
–3–
Prefácio
O II SisPot – Encontro de Pesquisadores em Sistema de Potência – foi realizado nos dias 25 e 26 de
março de 2002, na Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Universidade Estadual de
Campinas. Os principais objetivos do evento foram:
• divulgar os trabalhos de pesquisa em andamento ou recentemente concluı́dos na área de sistemas de
potência;
• criar uma oportunidade para que os alunos apresentassem seus trabalhos de pesquisa, preparando-os
para futuras apresentações em congressos e defesas de dissertações e teses;
• criar uma oportunidade para que os alunos novos tomassem um primeiro contato com o ambiente de
pesquisa no qual estão se inserindo;
• estimular a interação entre docentes e alunos em um ambiente que propiciasse o desenvolvimento de
trabalhos conjuntos.
O evento contou com a participação de aproximadamente 90 pessoas, entre ouvintes, autores de trabalhos
e palestrantes convidados. Além de alunos e professores da FEEC, representantes de empresas do setor elétrico
também estiveram presentes. Entendemos que uma maior aproximação entre a universidade e as empresas
do setor elétrico é extremamente importante para ambas as partes e o II SisPot teve também o papel de ser
uma mostra do potencial de pesquisa da nossa faculdade e de sua capacidade de fornecer produtos e soluções
a serem aplicados no setor.
Foram submetidos 26 resumos de trabalhos de pesquisa em andamento ou recentemente concluı́dos.
Destes, 2 foram referentes a trabalhos de iniciação cientı́fica de alunos de graduação. Os trabalhos foram
apresentados nos dois dias de duração do evento. As apresentações, na sua grande maioria realizadas por
alunos, foram de alto nı́vel.
Foram também proferidas três palestras do maior interesse para os participantes. A primeira, proferida pelo
Eng. Carlos Ribeiro (diretor de operação do Operador Nacional do Sistema – ONS), teve como tema principal
o funcionamento do ONS. A segunda foi proferida pelo prof. Dr. Secundino Soares Filho (DENSIS/FEEC)
e tratou de questões referentes ao planejamento energético e a crise energética de 2001/2002. A terceira
palestra, proferida pelo prof. Dr. André Luiz Morelato França (DSEE/FEEC), tratou da reestruturação do
setor elétrico.
A realização do II SisPot só foi possı́vel devido ao incentivo e apoio irrestritos recebidos da diretoria
(prof. Dr. Leo P. Magalhães), da coordenação de pós-graduação (prof. Dr. Ariovaldo V. Garcia) e da
chefia do Departamento de Sistemas de Energia Elétrica (prof. Dr. André L.M. França) da FEEC, aos quais
expressamos o nosso mais profundo agradecimento.
Desejamos também agradecer a todos as pessoas que contribuı́ram para o sucesso do evento.
Prof. Dr. Carlos A. Castro, coordenador do II SisPot.
–4–
Programa final
Local e data
O II SisPot será realizado nos dias 25 e 26 de março de 2002, na sala LE-48 (sala de reuniões da Congregação)
da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da UNICAMP.
25 mar 2002 – Segunda-feira
Inı́cio
Término
Atividade
09:00
10:00
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11:00
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14:00
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Abertura: Prof. Dr. Carlos A. Castro
Prof. Dr. Leo P. Magalhães: “Visão geral da UNICAMP e da FEEC”
Prof. Dr. Ariovaldo V. Garcia: “A Pós-graduação na FEEC”
Identificação de erros em estimação de estado, Eduardo Asada; Ariovaldo Garcia
O coeficiente de amortecimento no modelo matemático dinâmico clássico de um gerador
elétrico, Ernesto Ruppert Filho; Valdei Gonçalves dos Santos
Intervalo
Influência dos cabos pára-raios nos parâmetros longitudinais da linha de transmissão, S.
Kurokawa; J. Pissolato Filho; M.C. Tavares; C.M. Portela
Sistema autônomo diesel-gerador de indução com regulação de freqüência e tensão, Valmir Machado Pereira; José Antenor Pomilio
Planejamento de redes secundárias de distribuição de energia elétrica, Alysson M. Costa;
Paulo M. França
Estudo de ı́ndices de proximidade ao limite de estabilidade de tensão e aplicação na
seleção de contingências, Adriana S. Quintela; Carlos A. Castro
Almoço
Palestra: “O ONS”, Eng. Carlos Ribeiro (Diretor de operação, ONS)
Análise de sensibilidade da otimização energética de sistemas hidrotérmicos, Marcelo
Augusto Cicogna
Aplicação de lógica nebulosa em análise de redes de energia elétrica, Murari, C.A.F.;
Canôas, A.C.G.
Intervalo
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25 mar 2002 – Segunda-feira (continuação)
Inı́cio
Término
Atividade
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17:00
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17:20
17:40
Identificação de componentes da carga utilizando redes neurais artificiais, Lia Toledo
Moreira Mota; Alexandre de Assis Mota; André L. Morelato França
Aplicação de dispositivos FACTS para o amortecimento de oscilações eletromecânicas de
baixa freqüência em sistemas de energia elétrica, Adriana F. Domingues; Luiz C.P. da
Silva; Vivaldo F. da Costa
Influência dos sistemas flexı́veis de transmissão em CA (FACTS) na capacidade de transmissão de sistemas interligados, Leticia M. Bevilaqua; Ariovaldo V. Garcia
Das gavetas para o mundo!, de Oliveira, S.A.; Pozas, L.F.; Pinheiro Filho, E.R.; Leandro,
E.
Pré-despacho de sistemas de energia elétrica via relaxação Lagrangeana e métodos de
pontos interiores, Fábio G. Chiavegato; Aurelio R.L. Oliveira; Secundino Soares
26 mar 2002 – Terça-feira
Inı́cio
Término
Atividade
09:00
10:00
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10:20
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10:40
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11:40
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12:00
12:20
12:20
14:00
Palestra: “Planejamento energético da operação do SIN e a recente crise energética”,
Prof. Dr. Secundino Soares Filho (DENSIS/FEEC)
Utilização do método probabilı́stico para planejamento da manutenção de disjuntores em
sistemas de sub-transmissão e de distribuição, Mamede, Juracy Pereira; Sato, Fujio
Um sistema computacional orientado para objetos no suporte à decisão do planejamento
e operação de sistemas hidrotérmicos de potência, Marcelo Augusto Cicogna
Intervalo
Simulação do comportamento da demanda residencial termostática após blecautes utilizando programação orientada a objetos, Alexandre de Assis Mota; Lia Toledo Moreira
Mota; André L. Morelato França
Pré-seleção de contingências para violações de MW em ramos de sistemas elétricos de
potência, Antônio Fernandes Guerra; Carlos A. Castro
Análise de linhas de transmissão de circuito duplo utilizando parâmetros dependentes da
freqüência, A.J. Prado; J. Pissolato Filho; M.C. Tavares; C.M. Portela
Previsão de carga horária utilizando redes neurais artificiais, Juliana Cristina M. Ferreira;
Ariovaldo V. Garcia
Almoço
–6–
26 mar 2002 – Terça-feira (continuação)
Inı́cio
Término
Atividade
14:00
15:00
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15:40
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17:00
17:00
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17:40
18:00
Palestra: “A reestruturação da reestruturação do sistema elétrico brasileiro”, Prof. Dr.
André L.M. França (DSEE/FEEC)
A nova geração de sistemas de distribuição de energia elétrica com equipamentos baseados em eletrônica de potência e geração dispersa, Walmir de Freitas; André L. Morelato
França
Análise de desempenho de matrizes de sensibilidade na obtenção do equivalente Ward
estendido, Irênio Junior; Carlos Murari
Intervalo
Atendimento de requerimentos mı́nimos de margens de estabilidade de tensão via redespacho reativo, Taciana Menezes; Carolina Affonso; Secundino Soares; Vivaldo da Costa
Fluxo de potência ótimo dc por grafo generalizado com restrições adicionais via método de
pontos interiores, Anı́bal Tavares de Azevedo; Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira; Marcius
Fabius Carvalho; S. Soares
Gerador de indução conectado diretamente à rede monofásica, Ricardo Quadros Machado; José Antenor Pomilio
Redução de perdas em sistemas de distribuição de energia elétrica observando as variações
de demanda ao longo do dia, Edilson A. Bueno; Christiano Lyra Filho
Projeto, construção e ensaios de limitadores de corrente elétrica supercondutores monofásicos e resistivos, Ernesto Ruppert Filho; Roberto Petry Homrich
Encerramento
–7–
Resumos dos trabalhos apresentados
–8–
Identificação de Erros em Estimação de Estado
Eduardo Asada, e Ariovaldo Garcia
{asada,ari}@dsee.fee.unicamp.br
DSEE/FEEC/UNICAMP
A modelagem em tempo real de sistemas de energia elétrica compreende várias etapas.
Entre as fases iniciais encontra-se a aquisição de dados do sistema monitorado relativos a
grandezas que descrevem a situação de operação do sistema, por exemplo, magnitude das
tensões nodais, magnitude das correntes em linhas de transmissão e fluxo de potência. Além
dessas grandezas, existem outras variáveis monitoradas que descrevem a configuração fı́sica
do sistema, como por exemplo, o estado de chaves e disjuntores indicando se estão abertas
ou fechadas. A modelagem inicia-se com a construção de um modelo que representa a configuração fı́sica do sistema. Tendo-se o modelo fı́sico, busca-se a determinação do estado de
operação do sistema elétrico a partir das grandezas analógicas coletadas por medidores. Geralmente as medidas encontram-se em redundância por questões de confiabilidade e através
dessas medidas uma modelagem matemática é utilizada com objetivo de determinar o estado
mais provável do sistema de acordo com a confiabilidade atribuı́da aos medidores.
O processo de determinação do estado chama-se estimação de estado. Entre as funções
de um estimador de estado estão a identificação e eliminação de erros de medidas. Sendo o
erro múltiplo ou simples é possı́vel realizar a sua identificação a partir da análise do resı́duo
normalizado. Entretanto, esse método pode falhar na presença de erros conformativos, isto
é, erros que interagem sobre outras medidas. Esse fato torna o problema de identificação em
um problema do tipo combinatório, onde várias explicações tornam-se plausı́veis, inclusive
medidas corretas podem ser consideradas como incorretas na análise do resı́duo normalizado.
Nessa situação, é necessária a identificação de todas as possibilidades para a elaboração de
hipóteses e estratégias de eliminação dos erros. Em sistemas de grande porte, com grande
número de medidores, a complexidade computacional para realizar essa busca assume proporções proibitivas para uma modelagem em tempo real. Uma opção é o uso de heurı́sticas
e metaheurı́sticas com o objetivo de realizar uma busca inteligente. Uma das opções é a
aplicação do Tabu Search.
Este trabalho visa, a partir da apresentação de três métodos, propor novas formas de
identificação de erros conformativos, sendo o primeiro o método direto de análise do resı́duo
normalizado, o segundo baseado no uso do algoritmo branch-and-bound e o terceiro baseado
na aplicação do Tabu Search. O estudo apresentado pode ser estendido para a estimação de
estado generalizada onde além das medidas, parâmetros de componentes também podem ser
analisados.
Referências
[1] E. Asada, R. Romero, A. Monticelli; “Chapter 5 - State Estimation ”, IEEE PES Tutorial
on Modern Heuristic Optimization Techniques with Application to Power Systems”,
IEEE PES Winter Meeting, New York, NY, 27-31 Jan. 2002.
–9–
– 10 –
– 11 –
INFLUÊNCIA DOS CABOS PÁRA-RAIOS NOS PARÂMETROS
LONGITUDINAIS DA LINHA DE TRANSMISSÃO
S. Kurokawa1
1
J. Pissolato Filho
M. C. Tavares
C. M. Portela
– e-mail: [email protected]
Diversos trabalhos mostram que os principais fatores que fazem com que os
parâmetros de uma linha de transmissão sejam dependentes da freqüência são os efeitos
solo e skin. Neste trabalho nós iremos mostrar que a presença de cabos pára-raios aterrados
nas estruturas também alteram os parâmetros R e L da linha e, vamos também mostrar
como é a alteração que estes parâmetros sofrem.
Inicialmente vamos definir as matrizes de impedância longitudinal e de admitância
transversal, por unidade de comprimento, para uma linha de transmissão genérica.
Utilizando estas matrizes genéricas vamos definir a matriz de impedância longitudinal para
uma linha trifásica que possui dois cabos pára-raios, bem como as condições de contorno
específicas para os cabos pára-raios. Deste modo teremos equações que mostram como os
cabos pára-raios afetam as matrizes de impedância longitudinal da linha.
As equações obtidas anteriormente serão aplicadas em uma linha de transmissão,
considerando duas situações: Na primeira situação vamos considerar que a linha em
questão é uma linha hipotética, cujos parâmetros são constantes e na segunda situação será
considerado que os parâmetros são variáveis em função da freqüência.
Também vamos fazer uma análise individual da influência dos efeitos solo e skin, e
da impedância externa, nos parâmetros R e L em linhas com e sem cabos pára-raios.
– 12 –
– 13 –
– 14 –
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– 16 –
ANÁLISE DE SENSIBILIDADE DA OTIMIZAÇÃO ENERGÉTICA DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS
Marcelo Augusto Cicogna
[email protected]
O sistema hidrotérmico brasileiro possui características que o diferencia dos demais existentes no mundo. As
principais características que determinam a particularidade do setor são encontradas na grande extensão em área de
suas bacias hidrográficas, o regime de vazões plurianual, a grande quantidade de usinas hidrelétricas e a grande
participação das fontes hidrelétricas na geração elétrica nacional.
Um sistema com esse porte e importância coloca-nos frente a desafios freqüentes. A operação e
planejamento do sistema brasileiro estabelecem que um sistema hidrotérmico isolado é influenciado pelos seguintes
aspectos: disponibilidade hidrológica do período de estudo, configuração topológica da cascata de usinas
hidrelétricas, o parque térmico de complementação, o mercado a ser atendido e os custos de déficit de energia. Além
disso, o Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS, responsável pela operação do sistema, justifica sua atuação
no setor elétrico afirmando que somente a operação coordenada do sistema obtém o aproveitamento racional dos
recursos naturais, sendo que o ganho em relação à operação descentralizada é de 20%.
Este trabalho apresenta uma análise de sensibilidade da simulação de um sistema hidrotérmico isolado. A
análise busca identificar o grau de interferência que cada um dos aspectos citados anteriormente têm na solução
obtida com a simulação. Estuda-se também a afirmação do ONS sobre o ganho da operação coordenada, buscandose encontrar validação para esta relevante questão e analisando-se o impacto dos resultados para as empresas
atuantes no novo modelo organizacional do setor elétrico.
Em se tratando da simulação de um sistema hidrotérmico, a política operativa a ser utilizada é uma
decisão importante. Com intuito de estender a análise feita com os resultados da simulação, escolheu-se três
categorias de políticas operativas, sendo uma delas a adotada pelo setor elétrico brasileiro. A simulação foi realizada
com os seguintes tipos:
Otimização Determinística (OD): A política OD é obtida por meio de um modelo de otimização
determinístico que utiliza fluxo em rede não linear com arcos capacitados [Oliveira e Soares, 1995]. Sendo um
otimizador determinístico que pressupõe conhecidas as vazões, a política OD obtém uma estimativa otimista da
geração para as vazões consideradas.
Programação Dinâmica Estocástica (PDE): A política PDE representa o sistema de usinas por meio de
um modelo equivalente que transforma as variáveis hidráulicas do sistema hidrelétrico em variáveis energéticas. O
sistema real de usinas e reservatórios é representado por um único reservatório de energia. Após esta agregação,
um modelo estocástico (PAR(1)) é ajustado à série de energias afluentes ao reservatório equivalente. Por fim, utilizase um método de programação dinâmica estocástica para obter as decisões ótimas de operação do sistema. Essa
política operativa é, em linhas gerais, a adotada pelo setor elétrico brasileiro nas últimas décadas [Silva et al., 1985].
Otimização Determinística com Vazões Previstas (ODVP): A política ODVP é composta pelo modelo de
otimização determinístico da política OD alimentado por vazões previstas usando um modelo estocástico PAR(1).
Este procedimento de previsão-otimização é repetido a cada intervalo de tempo (mês) durante a simulação para
corrigir as decisões hidráulicas em função dos erros cometidos pelo previsor de vazões.
Os estudos de caso utilizaram cascatas passíveis de isolamento do Sistema Sudeste, como por exemplo,
a cascata do Rio Paranapanema. Os resultados obtidos afloram conclusões muito importantes para a nova
configuração do setor elétrico brasileiro. Ao contrário do que era aceito pelo setor, a análise de sensibilidade mostra
que o mercado de energia, o parque térmico complementar e os custos de déficit não têm influência na operação do
parque hidrelétrico. Este aspecto indica que um sistema hidrelétrico isolado pode ser operado independentemente do
sistema restante, uma vez que a configuração da cascata e a disponibilidade hidrológica são grandezas fixas ou fora
do controle do coordenador central, respectivamente.
Conclui-se que, os resultados do presente trabalho têm um profundo impacto nas decisões de
planejamento e operação das empresas presentes no novo modelo do setor elétrico. Isto se deve, principalmente, à
possibilidade de uma operação descentralizada que mantém o uso racional dos recursos naturais.
Referências Bibliográficas para o resumo
Silva, L.F.C.A.; Sales, P.R.H.; Araripe Neto, T.; Terry, L.A.; Pereira, M.V.F., Coordinating the Energy Generation of
the Brazilian System, Interfaces, The Institute of Management Sciences (1985).
Oliveira, G.G., e Soares, S. A. (1995). A Second-Order Network Flow Algorithm for Hydrothermal Scheduling - IEEE
Transactions on Power Systems, Vol.10, n.3, pp. 1635-1641.
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Aplicação de Dispositivos FACTS para o Amortecimento de Oscilações
Eletromecânicas de Baixa Freqüência em Sistemas de Energia Elétrica
Adriana F. Domingues
Luiz C.P. da Silva
Vivaldo F. da Costa
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação
DSCE – UNICAMP
Cidade Universitária, Campinas – SP
[email protected]
Resumo
O surgimento de oscilações eletromecânicas de baixa freqüência fracamente amortecidas
tem sido um importante problema de estabilidade em sistemas de energia elétrica nas
últimas décadas. A interligação dos sistemas, apesar de contribuir para uma melhoria no
aspecto econômico e na confiabilidade da geração e transmissão de energia, foi um dos
principais motivos do surgimento das oscilações eletromecânicas de baixa freqüência. O
problema reside no fato de que os sistemas de energia apresentam um baixo amortecimento
natural para baixas freqüências. Desta forma, a ocorrência de perturbações pode levá-lo a
instabilidade oscilatória. As conseqüências destas oscilações são amplamente prejudiciais
para a qualidade da operação dos sistemas interligados, podendo acarretar desligamentos e
blecautes. Restrições econômicas e ambientais vêm de encontro às necessidades de
ampliação do sistema através da instalação de novas linhas de transmissão e unidades
geradoras. Portanto, são necessárias medidas qualitativas de forma a maximizar e otimizar a
utilização de suas instalações para atender com segurança a crescente demanda de energia.
Motivadas por estes agravantes, novas e recentes pesquisas vêm apontando os FACTS
(Flexible AC Transmission Systems) como uma solução eficiente para o amortecimento de
oscilações eletromecânicas de baixa freqüência.
Este trabalho apresenta um estudo sobre a influência de dois dispositivos FACTS, o
Compensador Série Controlado a Tiristores (TCSC – Thiristor Controlled Series
Capacitor) e o Compensador Estático de Reativos (SVC – Static Var Compensator), no
amortecimento das oscilações eletromecânicas de baixa freqüência de modo local em
sistemas de energia elétrica, com o intuito de se identificar o dispositivo mais eficaz para o
amortecimento destas oscilações. Este estudo é realizado através da análise modal,
incluindo a identificação de autovalores críticos e análise de bifurcações, utilizando-se um
Modelo de Sensibilidade de Potência para a representação de um sistema constituído por
um gerador conectado a uma barra infinita. Os resultados obtidos comprovam a ação eficaz
desses dois dispositivos no amortecimento das oscilações do rotor, destacando-se a maior
eficiência do Compensador Série Controlado a Tiristores em relação ao Compensador
Estático de Reativos na manutenção da estabilidade angular do sistema.
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DAS GAVETAS PARA O MUNDO!
De Oliveira, S.A.
Pozas, L.F.
Pinheiro Filho, E.R.
Leandro, E.
[email protected]
Muitos dos programas computacionais desenvolvidos no meio acadêmico ficam, após sua publicação em
revistas especializadas e/ou em congressos, “guardados em gavetas” por longos perı́odos até serem novamente
utilizados para uma continuidade da pesquisa. Quase sempre, somente os autores dos mesmos e mais alguns
poucos acadêmicos, que trabalham ou trabalharam no assunto, sabem como montar os arquivos de entradas de
dados ou mesmo analisar os dados de saı́da destes programas, dados estes normalmente apresentados de forma
numérica.
Por que não disponibilizar estes programas para que alunos de graduação e/ou pós-graduação possam
utilizá-los?
Como? Tornando-os interativos, “user-friendly” e dotados de recursos gráficos diversos. Assim, com o seu
uso sistemático em disciplinas afins, os tornaremos ferramentas educacionais que contribuiriam para a melhoria
do processo ensino-aprendizagem.
c Neste trabalho, propõe-se caminhar nesta direção com o desenvolvimento de uma versão inicial do TEP “Transmission Expansion Planning”. Trata-se de um software com recursos gráficos, construı́do de forma modular,
para a resolução do problema do planejamento da expansão da transmissão.
O problema de planejamento da expansão da transmissão dos sistemas de energia elétrica determina quando,
onde e quanto de linhas e/ou transformadores devem ser instalados na rede a fim que o sistema opere adequadamente, para uma demanda futura predeterminada, com o menor investimento possı́vel. O planejamento dinâmico
(quando), por sua vez, pode ser decomposto em subproblemas estáticos que tratam das questões onde e quanto
(planejamento em um estágio, de um ano inicial a um ano final, preestabelecidos). Com o sistema elétrico modelado pelo fluxo de carga DC, o planejamento estático é um problema de programação não linear inteira mista
(PNLIM). Para uma alternativa de investimento, o problema se reduz a um problema de programação linear cujo
objetivo é verificar a factibilidade desta alternativa.
O problema acima é resolvido, do ponto de vista estático, usando as metaheurı́sticas Algoritmos Genéticos,
“Simulated Annealing” e Busca Tabu.
c,
c e do aplicativo Tcl Tk
A interface gráfica foi desenvolvida com o auxı́lio do sistema operacional Linux ambos de domı́nio público, que permitem a resolução do problema do planejamento da expansão da transmissão
através das supra citadas metaheurı́sticas para sistemas de transmissão de pequeno, médio e grande porte (Garver,
Sul Brasileiro e Norte-Nordeste Brasileiro).
Inicia-se o programa escolhendo um dos sistemas testes e um dos métodos de resolução disponı́veis. Na
seqüência, os parâmetros utilizados pelo algoritmo escolhido podem ser alterados através de entradas gráficas, e
posteriormente o programa é executado. Os dados de saı́da, no caso a melhor configuração encontrada, podem ser
vistos numérica ou graficamente. Pretende-se também dotar o programa de um recurso gráfico no qual o usuário
possa, durante a execução do programa, visualizar a colocação ou retiradas de linhas e/ou transformadores
correspondentes à solução incumbente.
c e do “ToolKit” Tk
c , o programa ganha versatilidade de uso em diferentes
Com o uso da linguaguem Tcl
c , Windows
c e Solaris
c , bastando para isso a criação dos módulos executáveis
sistemas operacionais como Linux
de cada algoritmo para as respectivas plataformas, aproveitando-se o mesmo código da interface gráfica.
c , para que
Em etapa posterior do trabalho, pretende-se reprogramar estes módulos educacionais, em Java possam ser utilizados via Internet. Ampliando assim o seu uso para o mundo acadêmico.
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SIMULAÇÃO DO COMPORTAMENTO DA DEMANDA
RESIDENCIAL TERMOSTÁTICA APÓS BLECAUTES
UTILIZANDO PROGRAMAÇÃO ORIENTADA A OBJETOS
Alexandre de Assis Mota
Lia Toledo Moreira Mota
André L. Morelato França
{assis, lia, morelato}@dsee.fee.unicamp.br
Departamento de Sistemas de Energia Elétrica
Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação - Universidade Estadual de Campinas
CEP: 13083-970 – Caixa Postal 6101
O problema da recomposição em sistemas de energia elétrica consiste no restabelecimento
de energia aos consumidores, após a ocorrência de blecautes, de forma a minimizar tanto o tempo
requerido para efetuar as operações quanto o desconforto do consumidor. Um dos fatores
determinantes para a decisão de uma seqüência de ações de controle corretas é o conhecimento, de
antemão, do comportamento aproximado da carga no instante do restabelecimento de energia. Neste
cenário, cargas residenciais ligadas a atividades de resfriamento ou aquecimento podem apresentar,
dependendo da duração da interrupção, valores anormais de demanda de potência no momento de
sua religação. Na literatura, são empregados modelos simplificados, definidos por uma trajetória da
carga onde a energia “perdida” durante a interrupção deve ser recuperada logo após o
restabelecimento de energia, como ilustrado na figura 1:
Figura 1: Modelo linearizado do comportamento da carga na recomposição
Este tipo de curva, embora relativamente adequado para determinar o comportamento geral
de um alimentador residencial durante a recomposição do sistema, não permite que a dependência
da carga com relação a variáveis externas (como, por exemplo, a temperatura ambiente) seja
avaliada. Para modelar o comportamento deste tipo de carga, foi adotada uma filosofia de
orientação a objetos, representando os elementos responsáveis pela demanda de maneira
independente e agregando-os de forma hierárquica, preservando, assim, as características aleatórias
independentes de cada objeto no cenário completo.
Ar condicionado
Alimentador
Residência 01
Aquecedores
Residência 02
Iluminação
Refrigeradores
Residência n
Figura 2: Exemplo de agregação de objetos
– 31 –
Cada tipo de equipamento elétrico residencial foi modelado segundo uma abordagem física,
levando-se em conta seu comportamento termostático cíclico, quando necessário. Este tipo de
modelagem, embora computacionalmente mais custoso, conduz a uma simulação mais detalhada do
comportamento de cargas residenciais, através da possibilidade de definição de perfis de consumo
diferentes em um mesmo alimentador. É possível ainda incorporar a influência de variáveis externas
tais como a temperatura ambiente, dia da semana, época sazonal e ocorrência de eventos especiais.
A figura 3 ilustra o comportamento obtido para um alimentador residencial hipotético após
blecautes de curta duração (até 30 minutos) e longa duração (1 a 2 horas).
(a)
(b)
Figura 3: Simulações do comportamento de carga termostática residencial após interrupções
(a) de curta duração (5-30 min.) e (b) de longa duração (60-120 min.)
A linguagem de programação utilizada na implementação dos objetos foi a linguagem Java,
empregando na simulação um microcomputador PC Pentium III, 450 Mhz, com o sistema
operacional Linux, distribuição Red-Hat 6.1.
REFERÊNCIAS:
[1] Agneholm, E., Daalder, J., “Cold Load Pickup of Residential Load”, IEE Proceedings on
Generation, Transmission and Distribution, Vol. 147, No. 1, pp. 44-50, Jan. 2000.
[2] Capasso, A., Grattieri, W., Lamedica, R., Prudenzi, A., “A Bottom-up Approach to Residential
Load Modelling”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 9, No. 2, pp. 957-964, May 1994.
[3] Laurent, J. C., Malhamé, R. P., “A Physically-based Computer Model of Aggregate Electric
Water Heating Loads”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 9, No. 3, pp. 1209-1217,
Aug. 1994.
[4] Mortensen, R. E., Haggerty, K. P., “Dynamics of Heating and Cooling Loads: Models,
Simulation, and Actual Utility Data”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 5, No. 1, pp.
243-249, Feb. 1990.
[5] Morelato, A., Monticelli, A., “Heuristic Search Approach to Distribution System Restoration”,
IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 4, No. 4, pp. 2235-2241, Oct. 1989.
[6] Wu, F., Monticelli, A., “Analytical Tools for Power System Restoration – Conceptual Design”,
IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 3, No. 1, pp. 10-16, Feb. 1988.
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– 33 –
ANÁLISE DE LINHAS DE TRANSMISSÃO DE CIRCUITO DUPLO
UTILIZANDO PARÂMETROS DEPENDENTES DA FREQÜÊNCIA
A. J. Prado
J. Pissolato Filho
[email protected]
[email protected]
UNICAMP – Universidade de Campinas
Campinas, SP
M. C. Tavares
C. M. Portela
[email protected]
Escola de Engenharia de São Carlos
USP
São Carlos, SP
[email protected]
COPPE – Universidade Federal
do Rio de Janeiro
Rio de Janeiro, RJ
Este artigo apresenta um modelo para representar linhas de transmissão de circuito duplo,
incluindo a dependência com a freqüência dos parâmetros longitudinais. A dependência com a
freqüência é representada no domínio dos modos e, portanto, utiliza-se uma transformação modal,
capaz de ser introduzida em simuladores digitais tais como EMTP, ATP e MICROTRAN, que
trabalham no domínio do tempo. Uma matriz de transformação única e real é usada para toda a
faixa de freqüência de 10 Hz a 10 kHz. Esta matriz de transformação única e real é obtida a partir
das características geométricas da linha. É uma transformação muito precisa para linhas transpostas
e uma boa aproximação para linhas não transpostas. Assim, por ser uma aproximação para linhas
não transpostas, o modelo foi denominado de Modelo de Quase Modos.
Pretende-se descrever as principais características deste modelo, bem como, utilizando o
mesmo, realizar a análise de uma linha transmissão de circuito duplo real, considerando três tipos
de transposição. Assim, a transformação modal é realizada em duas etapas:
- desacoplamento dos dois circuitos trifásicos da linha;
- desacoplamento dos elementos gerados na primeira etapa.
Para transformar a linha de circuito duplo em dois circuitos trifásicos independentes, é
aplicada uma transformação real que baseia-se na soma e diferença das correntes de linha,
denominada de transformação média-antimédia. Em seguida, para o desacoplamento dos
parâmetros médios-antimédios, utiliza-se a matriz de Clarke, ou então, uma outra matriz,
determinada a partir dos elementos da matriz de Clarke. Estas duas etapas transformam matrizes
cheias (Z e Y) em matrizes diagonais, no domínio dos modos, quando a linha é transposta.
Três tipos de transposição são analisados:
- Transposição completa – cada condutor ocupa todas as posições na torre;
- Transposição rotacional – gira-se todo o conjunto de condutores, sem alterar a posição
relativa dos mesmos (adequada para linhas hexafásicas);
- Transposição operacional – cada circuito trifásico é considerado idealmente transposto.
Analisa-se ainda a linha não transposta.
São realizadas simulações de transitórios eletromagnéticos de manobra (energização da
linha) e de curto circuito, utilizando o programa MICROTRAN, com a inclusão do modelo de
Quase Modos.
Contato
Afonso José do Prado (Doutorando UNICAMP – FEEC – DSCE)
[email protected]
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A Nova Geração de Sistemas de Distribuição de
Energia Elétrica com Equipamentos Baseados em
Eletrônica de Potência e Geração Dispersa
Walmir de Freitas e André L. Morelato França
Departamento de Sistemas de Energia Elétrica
{walmir, morelato}@dsee.fee.unicamp.br
Com a crise de energia elétrica em todo o mundo e especialmente no Brasil, o uso de geração dispersa
ou distribuı́da deve aumentar consideravelmente. Estudos realizados pelo EPRI (Electric Power Research
Institute) indicam que 25 % das novas gerações a serem implementadas até 2010 nos EUA serão do tipo
dispersa, ao passo que um estudo realizado pelo Natural Gas Foundation concluiu que esta participação pode
chegar a 30 % ([1]). Na Europa estes números são ainda maiores em razão do interesse pelo uso de fontes
de energia renováveis e no Brasil, face a grave crise energética que o paı́s vem enfrentando e considerando
o processo de desregulamentação em curso, tais números também devem ser facilmente alcançados. Mesmo
antes do inicio do processo de privatizações das empresas do setor elétrico, em agosto de 1993, o Governo
de São Paulo assinou, através das três empresas de energia do Estado, um documento com quatro entidades
representativas do setor sucroalcooleiros, estabelecendo o Programa de Cogeração e Produção Particular
de Energia Elétrica no Setor Sucroalcooleiro do Estado de São Paulo. Naquela ocasião, foi apresentada
uma meta de o setor sucroalcooleiro disponibilizar 30.000 MW até o ano de 2010. Estudos realizados pelo
CIGRÉ ([2]) indicam que as principais razões para o crescente interesse por geração dispersa são: (a) menor
impacto ambiental; (b) diminuição do custo de transmissão; (c) tempo de construção e custo menores;
(d) existência de tecnologias de geração modulares, facilitando futuras expansões; (e) desregulamentação
de mercado. Embora não haja um definição amplamente aceita, em geral, geração dispersa apresenta os
seguintes aspectos relevantes: (a) a energia é produzida para consumo local; (b) a capacidade dos geradores
é menor que 50 MW; (c) os geradores não são despachados centralmente; (d) os geradores são conectados
diretamente à rede de distribuição ou subtransmissão ([1, 4]).
Além disso, ultimamente, diversos novos dipositivos baseados em eletrônica de potência têm sido
propostos especificamente para serem empregados em sistemas de distribuição de energia elétrica, cuja denominação genérica é Custom Power [3]. Vários desses dispositivos são fundamentados no conceito de conversor
fonte de tensão, o qual emprega GTO (Gate Turn-Off Thyristor) ou IGBT (Integrated Gate Bipolar Transistor) como elemento de chaveamento. O D-STATCOM (Distribution Static Synchronous Compensator),
o DVR (Dynamic Voltage Restorer) e o UPQC (Unified Power Quality Controller) são equipamentos pertencentes a essa famı́lia de dipositivos. Neste contexto, as principais aplicações desses dispositivos têm sido
melhorar os seguintes aspectos da qualidade de energia: subtensão, sobretensão e distorção harmônica. Nessa
forma de aplicação, os equipamentos são geralmente instalados por consumidores industriais que são os principais beneficiados. Entretanto, com a desregulamentação do setor elétrico e o crescimento do uso de geração
dispersa têm surgido novas aplicações para o conversor fonte de tensão. Por exemplo, muitas dessas novas
formas de gerar eletricidade utilizam fontes de energia renováveis, e.g. geradores eólicos, células fotovoltaicas
e pequenos geradores hidrelétricos (PCH - Pequenas Centrais Hidrelétricas). Com algumas exceções, esses
equipamentos de geração são conectados ao sistema CA através de conversores fonte de tensão. Em algumas
situações os geradores eólicos podem estar situados longe dos centros de carga. Nesse caso, há a possibilidade
de efetuar essa ligação por intermédio de elos de corrente contı́nua de média tensão (MVDC - Medium Voltage
Direct Current). Já existem duas ligações CC em média tensão operando na Suécia com essa finalidade ([4]).
Além disso, com a reestruturação do setor elétrico em curso no mundo todo, e particularmente no Brasil,
criam-se as classes de produtores independentes e consumidores livres como parte de um mercado competitivo
de energia. Para que realmente haja concorrência entre os produtores e deixe de existir a figura do consumidor cativo, são necessários meios mais efetivos de controlar os fluxos de potência nas redes de distribuição e
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subtransmissão. O uso de conversores conectados em série com a rede, ou usando a topologia série-derivação,
podem desempenhar esse papel. Mesmo em paı́ses como o Brasil, em que o despacho é realizado de forma
centralizada, a lei prevê que as unidades de geração que produzam menos de 30 MW possam realizar seu
despacho de forma independente. Dentro desse contexto, uma forma de contrato de energia que está sendo
cada vez mais realizado é o de demanda contratada. Nessa filosofia, a empresa de geração compromete-se
em fornecer energia de qualidade e confiável, enquanto o consumidor compromete-se em manter a demanda
dentro de limites especificados. Nessa situação, a energia produzida por uma empresa deve ter um diferencial
para concorrer com as demais empresas – i.e. qualidade e garantia de entrega.
Em resumo, com base nos fatos expostos acima fica evidente que os sistemas de distribuição estão
passando por profundas modificações, sendo que a tendência é aumentar o uso de geração dispersa e de
equipamentos baseados em eletrônica de potência nesses sistemas. Portanto, o objetivo desta pesquisa é
investigar os principais impactos desta prática na operação dos sistemas de distribuição, sobretudo verificar
a interação dinâmica entre os equipamentos de eletrônica de potência entre si e com os geradores dispersos
em um ambiente competitivo e propor alternativas para a coordenação dos controles desses elementos. Para
esse tipo de análise estão sendo desenvolvidos modelos dinâmicos confiáveis para representar diversas formas
de geração distribuı́da e.g. pequenas e médias centrais hidrelétricas, térmicas e eólicas empregando geradores
sı́ncronos e de indução, geração fotovoltaica e células a combustı́vel, assim como, diversos equipamentos
de eletrônica de potência e controles associados, sendo que os principais dispositivos em estudo são o DSTATCOM, o DVR e o UPQC.
Referências
[1] ACKERMANN, T. ; ANDERSON, G. ; SÖDER, L. - Distributed generation: a definition, Electric
Power Systems Research, v. 57, n. 3, pp. 195-204, 2001.
[2] CIGRÉ Working Group 37.23 - Impact of Increasing Contribution of Dispersed Generation on the Power
System, Relatório Técnico, 1999.
[3] HINGORANI, N. G. - Introducing Custom Power, IEEE Spectrum, v. 31, n. 6, pp. 41-48, 1995.
[4] JENKINS, N. ; ALLAN, R. ; CROSSLEY, P. ; KIRSCHEN, D. ; STRBAC G. - Embedded Generation,
Institute of Electrical Engineers, 2000.
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REDUÇÃO DE PERDAS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
OBSERVANDO AS VARIAÇÕES DE DEMANDA AO LONGO DO DIA
EDILSON A. BUENO E CHRISTIANO LYRA FILHO
RESUMO
Em sistemas de energia elétrica, desde a transmissão até a distribuição, continuamente ocorrem
dissipações de energia (perdas), devido a resistência elétrica nas linhas e equipamentos. Estima-se que 7 %
de toda a energia elétrica gerada em sistemas de potência são perdidas, sendo 2% na transmissão e 5% na
distribuição. O problema de minimização de perdas procura encontrar uma configuração da rede onde o
montante das perdas seja reduzido.
O uso de procedimentos de reconfiguração para encontrar alternativas de redução de perdas na
operação de redes de distribuição de energia elétrica foi proposto pelos engenheiros franceses Merlin e
Back, em 1975. Esses autores mostraram que as reduções de perdas por reconfiguração, além dos
benefícios econômicos diretos, trazem outros aspectos positivos, tais como: obtenção de uma boa
distribuição de cargas entre os alimentadores, adiamento da necessidade de investimentos em expansão
das redes e maior robustez em relação a falhas (diante de emergências, um pequeno número de
chaveamentos pode restaurar o suprimento de energia a áreas escuras).
Dentre as diversas abordagens para o problema de redução de perdas, as com melhores êxitos
foram aquelas que trataram o problema com métodos aproximados, devido aos requisitos computacionais
dos métodos exatos, que crescem exponencialmente com a dimensão do problema. Entre os
procedimentos apresentados, destacam-se o de Abertura Seqüencial de Chaves e o de Troca de Ramos
(branch-exchange).
As melhores oportunidades de redução de perdas elétricas por Efeito Joule nos sistemas de
distribuição ocorrem quando os sistemas modificam as configurações, através de chaveamentos,
adequando as redes a variações nos perfis de demanda. No entanto, o excesso de chaveamentos pode ser
considerado como operações de risco, por causa de perturbações transitórias que a rede pode sofrer. Este
fato faz com que, geralmente, os Centros de Operação de Distribuição (COD’s) sejam reticentes em
relação a reconfiguração ao longo do dia.
O trabalho tem o objetivo de abordar o problema de perdas em sistemas de distribuição,
desenvolvendo metodologias que considere as variações de intensidade e características das cargas ao
longo de um dia. Sua principal contribuição é a análise minuciosa do problema de redução de perdas com
demandas variáveis, aliada a proposta de alternativas de compromisso adequado entre redução de perdas e
riscos de manobras.
Em particular, o trabalho caracteriza formalmente o problema de encontrar a melhor configuração
de operação para a situação de demandas variáveis sob a restrição de que a rede não pode ser
reconfigurada para melhor se adaptar as mudanças de demanda ao longo do período em estudo – ou seja, a
configuração permanecerá fixa ao longo de um dia.
A metodologia para definição de uma configuração fixa será comparada com a alternativa de
reconfiguração para cada variação significativa de carga. O objetivo do estudo comparativo é fornecer
subsídios para definição de ganhos e riscos em cada uma das abordagens.
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Palestrantes convidados
Eng. Carlos Ribeiro é Engenheiro Eletricista formado pela Escola Federal de Engenharia de Itajubá (EFEI)
em 1973 e Mestre em Ciências pela EFEI na Área de Sistemas Elétricos de Potência em 1978. Foi Engenheiro
de Projetos e Instalações Elétricas Industriais (1974/76). Foi professor da Escola Federal de Engenharia
de Itajubá (1977/78). Foi Engenheiro da Companhia Energética de São Paulo (CESP) no perı́odo 19791998, tendo exercido dentre outros os cargos de Gerente do Departamento de Telecomunicações, Gerente do
Departamento de Operação do Sistema e Assistente da Diretoria de Geração e Transmissão. É o Diretor de
Operação do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) desde 1998.
Prof. Dr. Secundino Soares Filho é Engenheiro Mecânico formado pelo ITA em 1972, com Mestrado
e Doutorado em Engenharia Elétrica pela UNICAMP em 1974 e 1978, respectivamente. É docente da
FEEC/UNICAMP desde 1973 sendo atualmente professor titular. Tem concentrado sua atuação em pesquisa
nas áreas de planejamento da operação energética de longo prazo e programação da operação de curto prazo
de sistemas hidrotérmicos de potência.
Prof. Dr. André Luiz Morelato França obteve os tı́tulos de Engenheiro de Eletrônica no ITA, Mestre em
Engenharia Elétrica na UFPB e Doutor em Engenharia Elétrica pela UNICAMP. É docente da FEEC desde
1981, sendo atualmente professor titular. Realizou pós-doutorado na Hitachi Ltd. no Japão. O Prof. André
tem se dedicado ultimamente ao desenvolvimento de funções de análise de redes de distribuição, bem como
ao estudo do impacto da geração dispersa em sistemas elétricos, tanto do ponto de vista estático quanto
dinâmico.
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