Metodologia generalizada para análise em regime permanente de sistema de distribuição de energia elétrica

Master thesis Portuguese OPEN
Tiago de Moraes Barbosa (2014)
  • Subject: Sistemas de energia elétrica - Distribuição | Fluxo de carga elétrica | Análise harmônica | Curtos-circuitos | Electric power systems | Harmonic Analysis | Short circuits

Resumo: Visando manter a qualidade da energia elétrica entregue aos consumidores e atender os critérios de operação impostos pelos órgãos reguladores dos sistemas elétricos, necessita-se realizar análi-ses técnicas em sistemas de distribuição de energia. Os principais estudos realizados são os de cálculo de fluxo de potência, cálculo de curto-circuito e também análises da distorção harmônica. Um problema encontrado atualmente é que apesar de muitos métodos serem desenvolvidos com o objetivo de auxiliar na realização destes estudos, geralmente cada método é dedicado a um tipo de análise, ou seja, não há uma integração entre as diversas ferramentas de análise de rede, o que acaba dificultando o trabalho do engenheiro da concessionária. Com o objetivo de integrar as principais análises do setor de distribuição em uma única ferramenta, neste trabalho foi imple-mentada uma metodologia generalizada com capacidade para encontrar a solução para problemas de sistemas multifásicos, unificando os cálculos de fluxo de potência na frequência fundamental, fluxo de potência em frequências harmônicas e curto-circuito. Neste contexto, entre as vantagens do programa desenvolvido destacam-se: (a) unificação das principais ferramentas de estudos em sistemas de distribuição ¿ fluxo de potência, curto-circuito e fluxo de potência harmônico; (b) modelagem multifásica ¿ essa modelagem permite representar explicitamente o neutro e diferen-tes características de aterramento (por exemplo, sistemas multiaterrados); (c) robustez ¿ o método de solução utilizado é o Newton-Raphson; (d) flexibilidade ¿ cada componente da rede é mo-delado por ramo, permitindo maior flexibilidade na representação de diferentes conexões dos equipamentos; (e) o algoritmo foi implementado utilizando-se linguagem de programação Python. Este trabalho apresenta detalhes da formulação utilizada e a validação do algoritmo pela comparação dos resultados obtidos com os resultados de programas de análise de sistemas de potência bastante conhecidos. Abstract: Technical analyses applied to distribution systems are needed in order to guarantee the quality in electric energy delivered to the customers and to meet the regulatory requirements. The main studies performed with these purposes are power flow, short-circuit and harmonic power flow analyses. A current problem is that, although many methods have been developed to assist these studies, generally each method is dedicated to one type of study. In other words, there is no inte-gration between the several tools of network analysis, making the work of utility engineer a dif-ficult task. In order to integrate the main distribution system analyses into a single tool, in this work, it was implemented a generalized method with the capability of finding the solution for multiphase system problems, allowing the power flow calculation in fundamental and harmonic frequencies as well as short-circuit analyses. In this context, the main advantages of the devel-oped program are: (a) unification of the main tools applied to distribution systems studies ¿ fun-damental and harmonic frequencies power flow and short-circuit studies; (b) multiphase model-ing ¿ the models allows to represent multiple phases, neutral and different grounding topologies (for instance, multigrounded); (c) robustness ¿ the solution method is Newton-Raphson; (d) flex-ibility ¿ each network component is modeled as a branch, resulting in a higher flexibility in rep-resentation of different equipment connections; (e) the algorithm was implemented using Python programming language. This work presents details of the method formulation and the algorithm validation by the comparison of the obtained results with the results from well-known power system analyses software.
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