Avaliação quantitativa do efeito dos desequilíbrios da rede e da carga na operação de sistemas de distribuição de energia elétrica

Abstract

Este trabalho propõe uma avaliação quantitativa do efeito do desequilíbrio nos índices de operação do sistema de distribuição de energia elétrica. Os cenários apresentados contemplam os desequilíbrios existentes nos circuitos de média tensão e, também, os desequilíbrios na carga. Os desequilíbrios da rede consideram os efeitos da assimetria dos circuitos que provocam acoplamentos diferenciados entre os condutores. Para tanto, foram empregados dois sistemas, sendo um deles teórico e constituído por apenas um circuito e outro uma rede de distribuição padrão do IEEE. A primeira etapa da avaliação é realizada utilizando um modelo que reproduz um trecho fictício de linha de distribuição aérea trifásica com geometria e condutores típicos de redes de distribuição de energia de média tensão a cinco condutores, sendo um deles o condutor fictício de retorno pela terra. Os desequilíbrios de carga foram gerados aleatoriamente através do método de Monte Carlo, considerando variados índices de desequilíbrio. O desequilíbrio das correntes e as perdas do sistema foram determinados com o objetivo de quantificar o impacto das variações realizadas no trecho de linha. Para o sistema teste IEEE 34 Node Test Feeder, foram avaliados os erros decorrentes da consideração do acoplamento médio no cálculo das perdas de potência ativa e reativa, bem como os desequilíbrios de corrente, com o uso do software OpenDSS. Chega-se à conclusão de que o modelo que considera o acoplamento médio é capaz de determinar com muita fidelidade o desequilíbrio das correntes e das perdas para um circuito típico de distribuição em média tensão, não sendo necessária a representação exata das assimetrias dos condutores.

This Master Thesis proposes a quantitative evaluation of the effect of unbalance in the operational indexes of distribution networks. The scenarios comprehend the unbalance of medium voltage circuits and the unbalance in the load. The unbalances consider the effects of the asymmetry of circuits, that cause different couplings between the conductors. Therefore, two systems were implemented, one theoretical and the other a distribution network following the IEEE standard. The first stage of the evaluation is performed using a model that reproduces a fictitious section of a three-phase aerial distribution power line with five conductors considering earth return path, with geometry and typical conductors used in medium voltage energy distribution. The load unbalances were randomly produced using the Monte Carlo method, considering different unbalance rates. The current unbalance factor and the system losses were determined to quantify the impact of the variations in the line section. For the IEEE 34 Node Test Feeder system, the errors from considering the average coupling in the calculation of active and reactive power losses were evaluated, as well as the current unbalance factor. In conclusion, the model that considers the average coupling can successfully determine with a high degree of accuracy the imbalance of currents and the losses for a typical medium-voltage distribution circuit without the need of an exact representation of the asymmetries of the conductors.