Alocação de bancos de capacitores e reguladores de tensão em redes elétricas inteligentes desbalanceadas

Orientadora : Profª. Drª. Thelma S. Piazza FernandesCo-orientador : Prof. Dr. Alexandre Rasi AokiDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica. Defesa: Curitiba, 07/08/2015Inclui referências : f. 127-136Área de concentração: Sistemas ede energiaResumo: Os sistemas de distribuição apresentam particularidades que impedem as simplificações adotadas em sistemas de transmissão, demandando análises diferenciadas como a representação trifásica, que possibilita analisar a influência das impedâncias mútuas e das cargas desbalanceadas. Além disso, com o advento das redes elétricas inteligentes, é possível observar um novo conjunto de aplicações que permitem as concessionárias planejarem soluções mais eficientes, de modo a resolver os problemas diagnosticados e otimizar os recursos adotados. Dentre estas aplicações, destacam-se a minimização das perdas e o controle de qualidade da energia elétrica, que são pontos levantados ao se planejar os sistemas de distribuição. Estes pontos podem ser melhorados com a alocação de bancos de capacitores e reguladores de tensão. Contudo, a estratégia comum de alocação é o uso da representação simplificada da rede e reguladores com comutação trifásica dos taps. Sendo assim, este trabalho apresenta uma metodologia otimizada de alocação desses dispositivos, considerando um cenário de redes elétricas inteligentes desbalanceadas a fim de melhorar a qualidade do fornecimento de energia, através de técnica metaheurística e simulação computacional. Na abordagem proposta, o algoritmo de otimização binária por enxame de partículas forneceu as melhores localizações e especificações de ambos os equipamentos. O OpenDSS resolveu o problema de fluxo de carga e permitiu a modelagem da topologia trifásica desbalanceada dos sistemas de teste do IEEE de 34 e 123 barras, bem como possibilitou os bancos de capacitores e os taps dos reguladores de tensão (por fase) comutarem para uma curva de carga que varia nas 24 horas de diferentes tipos de dias (dias úteis, sábados e domingos/feriados). A partir dos resultados obtidos, comparado aos sistemas sem alocação, observou-se que houve minimização de todas as metas da função objetivo. Também houve melhora do desempenho da utilização dos dispositivos de controle em comparação com à configuração original. Palavras-chaves: Banco de capacitores. OpenDSS. Otimização binária por enxame de partículas. Rede elétrica inteligente. Regulador de tensão. Sistema trifásico desbalanceado.Abstract: Distribution systems have features which prevent the simplifications adopted in transmission systems, requiring a different analysis like the three-phase representation, which allows to analyze the influence of mutual impedance and unbalanced loads. In addition, with the advent of smart grids, it is possible to observe a new set of applications which allow the utilities to plan more efficient solutions, in order to solve the diagnosticated problems and optimize the adopted resources. Among these applications, there are the minimization of losses and electrical power quality, which are raised points when planning distribution systems. These points can be improved by placement of capacitor banks and voltage regulators. However, the common strategy for allocation is using a simplified representation of the network, and regulators with three-phase tap changers. Therefore, this work presents an optimized methodology for the allocation of such devices, when considering a scenario of unbalanced smart grids in order to improve electrical power supply quality, through metaheuristic techniques and computational simulations. In the proposed approach, the binary particle swarm optimization algorithm provided the best locations and specifications for both equipment. OpenDSS solved the load flow problem and allowed the modeling of unbalanced three-phase topology for the 34 and 123 buses IEEE test systems, as well as permitted the capacitor banks and voltage regulator taps (per phase) to switch for a load curve which varies within 24 hours on different days (weekdays, Saturdays and Sundays/holidays). From the results obtained, compared to systems without allocation, it was observed that there was minimization of all the targets of the objective function. There was also a performance improvement in the control devices compared to the original configuration. Key-words: Binary particle swarm optimization. Capacitors bank. OpenDSS. Smart grid. Unbalanced three-phase system. Voltage regulator