Dimensionamento de bancos de capacitores de substações

Abstract

O aumento na demanda de energia elétrica, bem como o crescimento dos sistemas elétricos de potência interligados, são fatores que contribuem para a elevação das perdas ativas nas linhas de transmissão nos sistemas elétricos de potência. Tal situação é fator determinante na redução dos níveis de tensão em pontos de acesso de cargas de grandes circuitos de potência. Uma alternativa para a minimização desse cenário é a injeção de potência reativa em barras de carga do sistema, via alocação de bancos de capacitores. O presente trabalho utiliza um método iterativo de alocação e dimensionamento de capacitores para otimizar os níveis de tensão em sistemas que apresentam instabilidade. Tal método, desenvolvido através do software MatLAB r2018a, consiste na determinação da barra mais sensível do sistema através do Índice de estabilidade de tensão, ou IET, a qual corresponde à localização do elemento capacitivo. Posteriormente, determina-se o ponto de menor quantidade de perdas ativas na barra. Tal ponto corresponde à injeção de potência reativa na barra. Essa técnica de alocação foi aplicada em um sistema de 9 barras, simulado no software Power World Simulator 22, cujos parâmetros foram alterados para demonstrar uma condição de instabilidade de tensão. Nesse cenário, a barra mais sensível do sistema apresentou uma tensão de aproximadamente 0,92 p.u., e após a inserção do banco de capacitores, a tensão registrada foi próxima de 1,00 p.u., demonstrando que a situação de instabilidade é aprimorada pela utilização da técnica proposta. Por fim, foi realizado o projeto do banco de capacitores que atende a potência reativa requisitada pelo sistema, tendo sido determinados todos os requisitos principais para especificação do banco.

The increase in electrical energy demand, as well as the growth of interconnected electrical power systems, are factors that contribute to the increase in active losses in transmission lines in electrical power systems. This situation is a determining factor in reducing voltage levels at load access points with large power circuits. An alternative to minimize this scenario is the injection of reactive power into the system's load bars, via the allocation of capacitor banks. The present work uses an iterative capacitor allocation and sizing method to optimize voltage levels in unstable systems. This method, developed using MatLAB r2018a software, consists of determining the most sensitive bus in the system through the Voltage Stability Index, or IET, which corresponds to the location of the capacitive element. Subsequently, the point with the least amount of active losses in the bar is determined. This point corresponds to the optimal injection of reactive power into the bus. This allocation technique was applied in a 9-bus system, simulated in Power World Simulator 22 software, whose parameters were changed to demonstrate a voltage instability condition. In this scenario, the most sensitive bus in the system presented a voltage of approximately 0.92 pu, and after the insertion of the capacitor bank, the recorded voltage was close to 1.00 pu, demonstrating that the instability situation is improved by the use of proposed technique. Finally, the design of the capacitor bank that meets the reactive power required by the system was carried out, with all the main requirements for bank specification having been determined.