Three-phase power flow for harmonic distortion analysis in power distribution networks

Resumo: Para garantir o bom desempenho das redes de distribuição de energia elétrica, bem como aumentar a qualidade dos serviços prestados aos consumidores, faz-se necessário o desenvolvimento e a implementação de metodologias que permitam avaliar tanto os custos como os benefícios que trazem as diferentes alternativas de projeto propostas e os seus impactos no sistema como um todo, mantendo sempre aceitáveis os índices de qualidade e confiabilidade do fornecimento aos diferentes consumidores: residencial, comercial e industrial. Nesse contexto, um programa computacional que realize o cálculo dos fluxos de potência é uma ferramenta imprescindível na análise dos sistemas elétricos de potência tendo-se como principais grandezas de interesse, as tensões nas diferentes barras e os fluxos de potência ativa e reativa em todos os componentes da rede elétrica (linhas, transformadores, etc.). E como a maior parte das redes de distribuição de energia elétrica é trifásica, é de fundamental importância adotar uma formulação trifásica que represente de forma adequada os desequilíbrios, e, portanto nesta dissertação é apresentada uma versão de fluxo de carga trifásico baseada no Método Iterativo de Correção de Tensão com possibilidade de inserção de cargas não lineares para contemplar as frequências harmônicas e assim obter o estado da rede (magnitude e ângulo das tensões nodais) e também de outras grandezas elétricas contemplando os efeitos causados por cargas não lineares, com ênfase para o motor de indução trifásico.Abstract: To ensure a good performance of power distribution networks as well as to increase the quality of services provided for the consumers, it is necessary the development and implementation of methodologies to assess the costs and the benefits of the different operating alternatives and their impacts on the system as a whole, while maintaining acceptable levels of quality and the reliability of electricity supply to the various consumers: residential, commercial and industrial. In this context, a computer program that performs the calculation of power flows is an essential tool in the analysis of electrical power systems having as main quantities of interest - nodal voltages and active and reactive power flows - at all electrical network components (lines, transformers, etc.). Once the electrical distribution networks are three-phase, it is crucial to adopt a three-phase formulation that adequately represents the load unbalance. We propose a version of a three-phase load flow based on the Voltage Correction Iterative Method with the possibility of including non-linear loads - with emphasis for three-phase induction motor - to simulating harmonic frequencies and getting the corresponding node voltages and other electrical quantities