Otimização multi-objetivo da configuração geométrica de feixes de linhas de transmissão com potência natural elevada

Abstract

Linhas de transmissão em alta tensão são parte fundamental de um sistema elétrico interligado. Em níveis de tensão elevados como, por exemplo, 500 kV, as linhas utilizam múltiplos subcondutores por fase, para obter parâmetros que antendam aos requisitos de desempenho no sistema e respeitem limites de campo elétrico na superfície dos condutores. A disposição geométrica dos condutores influencia tanto os campos superficiais quanto os parâmetros elétricos. Este trabalho faz um estudo dos efeitos que a geometria de uma linha têm sobre os parâmetros e campos superficiais, bem como quais são as diretrizes para a otimização dessas grandezas. Aplicou-se um método de otimização multi-objetivo para otimizar a relação entre a potência natural e os campos elétricos superficiais. A expansão do feixe e a compactação das fases aumentam não só a potência natural, mas também os campos elétricos na superfície dos condutores, que geram os indesejados efeitos de corona. Desta forma, a minimização do gradiente superficial e o aumento da potência natural são objetivos conflitantes. Este trabalho apresenta algumas configurações geométricas que têm uma relação otimizada entre parâmetros elétricos e os campos superficiais. Uma análise gráfica do processo de otimização multi-objetivo é apresentada. O trabalho permitiu identificar e compreender os compromissos estabelecidos na otimização de parâmetros elétricos de linhas de transmissão, tanto pelo viés de cálculos elétricos práticos de projeto quanto pelo viés do estudo dos algoritmos heurísticos de otimização.

Overhead transmission lines are a fundamental part of an interconnected electrical power system. Lines with higher voltage levels such as 500 kV use multiple sub conductors per phase to attend required parameters and keep the surface voltage gradient of conductors within design limits. Conductor’s geometry influences the surface gradient and the electrical parameters. This work studies the effects that phase and bundle geometry have on electrical parameters and surface gradients. A detailed investigation about the geometric guidelines for electrical optimization of transmission lines is presented. A multiobjective optimization method was implemented and identified compromises between the increase in surge impedance loading (SIL) and the surface gradient. Several geometric configurations which represent an optimal relationship between its electrical parameters and the surface electric fields are presented. A graphical analysis of the optimization process is presented in order to highlight the multi-objective nature of the problem and conflicts between such objectives. This work identifies the main compromises assumed when optimizing electrical parameters of transmission lines, not only by performing overhead line’s classical design calculations but also by the study of multi-objective heuristic optimization algorithms.