Controle de Tensão

8/3/2019 Controle de Tensão

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Faculdade de EngenhariaPlanejamento e programação de sistemas de potência

Assunto Professor Revisão Data Página

Controle de Tensão

Paulo

Gomes 00 25/11/20041 de 31

SUMÁRIO

1. OBJETIVO ......................................................................................................................... 3

2. POTÊNCIA COMPLEXA .................................................................................................... 3

3. POTÊNCIA ATIVA VERSUS FREQÜÊNCIA E POTÊNCIA REATIVA VERSUS TENSÃO 7

4. - EQUIPAMENTOS PARA CONTROLE DE TENSÃO ..................................................... 10

4.1. Máquina Síncrona ................................................................................................... 10

4.2. Linhas de Transmissão .......................................................................................... 11

4.3. Tapes em Transformadores de Potência .............................................................. 12

4.4. Reatores Shunt ....................................................................................................... 134.5. Compensadores Estáticos ..................................................................................... 14

4.6. Capacitores Shunt .................................................................................................. 14

4.7. Capacitores Série .................................................................................................... 15

4.8. FACTS – Flexible Alternative Current Transmission System .............................. 154.8.1. Compensador Síncrono Estático (STATCOM) ................................................. 164.8.2. Capacitor Série Continuamente Controlado (GCSC) ........................................ 17

8 3 C d Sé i Sh C l d



4 8 3 C d Sé i Sh t C t l d 17



Controle de Tensão

Paulo

Gomes 00 25/11/20042 de 31

7.5. CASO 5 – COLOCAÇÃO DE COMPENSADOR SÍNCRONO NA BARRA 8, BANCODE CAPACITORES DE 70 Mvar NA BARRA 14 E LTC’s NAS OUTRAS BARRAS QUECONTÉM CARGA DO SISTEMA ......................................................................................... 24

8. - CONCLUSÃO ................................................................................................................ 25

9. BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................ 26

10. ANEXO I - SISTEMA ORIGINAL SEM NENHUM ELEMENTO DE CONTROLE DETENSÃO .................................................................................................................................. 27

11. ANEXO II - SISTEMA COM CAPACITOR SHUNT DE 100 MVAR NA BARRA 3 E 60MVAR NA BARRA 5 ................................................................................................................ 28

12. ANEXO III - SISTEMA COM TRAFO LTC NAS BARRAS 11 PARA A 33 E 27 PARA 929

13. ANEXO IV - SISTEMA COM COMPENSAÇÃO SÉRIE DE 70% NO CKT DA BARRA35 PARA 14 ............................................................................................................................. 30

14. ANEXO V - SISTEMA COM COMPENSADOR SÍNCRONO NA BARRA 8, LTCS NASBARRAS DE CARGA E SHUNT DE 70 MVAR NA BARRA 14 ............................................... 31





Controle de Tensão Paulo

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1. OBJETIVO

O controle de tensão sistêmico é uma atividade extremamente importante para a correta operaçãodo sistema elétrico. A manutenção do perfil de tensão ótimo nas principais subestações e troncos damalha principal do sistema garante a confiabilidade e estabilidade necessária para a operação seguradeste.

Os valores desejáveis em cada barramento principal do sistema são estabelecidos através deestudos criteriosos tanto em regime dinâmico quanto em regime permanente, de modo a garantir aestabilidade do sistema e a preservação dos equipamentos (isolação) em ambos regimes.

A premissa básica do controle de tensão é o atendimento ao consumidor final (sistema dedistribuição primário e secundário) dentro de faixas específicas, de modo a atender aos índices dequalidade requeridos pelos órgãos fiscalizadores competentes, além de preservar os equipamentos doconsumidor, fazendo-os trabalhar com a tensão dentro da faixa especificada pelo fabricante. Junto comestas premissas, procura-se manter o perfil de tensão no sistema adequado, de modo a preservá-locontra contingências (perda de linhas, geradores, cargas, etc...) e manter sua estabilidade.

Veremos adiante que temos vários meios de efetuar o controle de tensão de um sistema depotência. Cada metodologia (utilizando-se de um tipo de equipamento) é indicado para certas situaçõesA utilização da mesma pode impor restrição noutra grandeza e/ou insumo. Assim sendo, em sistemasde grande porte (como o do Brasil), é aconselhável que estes recursos de o controle de tensão sejamexecutados coordenadamente, de modo a não permitir problemas no o atendimento de um região emdetrimento de outra.

Também será detalhado adiante que o controle de tensão está intimamente ligado ao fluxo depotência reativa do sistema. Assim sendo, como o fluxo de potência ativa está relacionado a potênciatotal transmitida, podemos concluir que a ação para controle de tensão deve ser efetuada o maislocalmente possível, de modo a minimizar a importação da potência reativa (e com isso aumentar o

t d i t d i t li h d t i ã b d t f d






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Convertendo-se (3) para valores eficazes:

22:onde

)4(2coscos

máxmáxi

I ev

V

t I V I V p

Podemos rearranjar (4) da seguinte forma:

52sensen2cos1cos

B A

t I V t I V p






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240sen2

8120sen2

sen2

t V v

t V v

t V v

c

b

a

Internamente, suas bobinas são ligadas a um ponto neutro em comum que, em condiçõesnormais, não possui corrente circulando. Observamos que as três tensões são defasadas de 120º. Parao caso de ser alimentada uma carga também equilibrada com característica predominantementeindutiva, teremos uma corrente fluindo do gerador da seguinte forma:

240sen2

9120sen2

sen2

t I I

t I I

t I I

c

b

a

O diagrama vetorial seria o indicado na Ilustração 2 seguir:

vc ic






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A soma vetorial das três correntes de fase é nula, dispensado assim um condutor deretorno;

A soma vetorial das três tensões de fase também é nula; As três tensões de linha (entre uma linha e outra – VL) são iguais e possuem uma

correlação com as tensões de fase (Vf) igual à: f L V V 3. Nas fórmulas daqui por

diante, quando nada for dito, sempre será considerada tensão entre linhas – VL. Assimsendo, a equação 11 poderia ser rescrita como:

12cos33 I V S L ;

Pode-se considerar dispensável a potência reativa, visto que a potência instantânea éconstante. Porém apesar do somatório da tensão e corrente ser nulo nas três fases, emcada fase, individualmente, eles têm elevada importância. Além disso, mais adiante, em

outro tópico, poderá ser visto que a potência reativa desempenha importante papel no quediz respeito ao perfil de tensão do sistema; Como estamos analisando um sistema trifásico equilibrado, podemos efetuar a análise de

apenas uma das fases, sendo portanto, as demais conhecidas apenas pela rotação de120º e 240º para a corrente e tensão. A potência é igual nas três fases.

Deste modo, podemos efetuar nossa análise da potência no campo dos fasores. Assim sendotem-se a seguinte representação:

V j

VV






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Baseados em toda a análise feita, conclui-se que a potência complexa será representada por umângulo positivo para uma carga indutiva e um ângulo negativo para a carga capacitiva. Abaixo, naIlustração 3, vê-se os diagramas fasoriais:

Ilustração 3 - Diagrama fasorial de uma carga indutiva e capacitiva

Em decorrência dos diagramas fasoriais da Ilustração 3, estabelece-se a seguinte convençãopara os fluxos de potência ativa e reativa:

A potência ativa saindo de um equipamento, este é uma fonte. Se a potência ativa estiverentrando em um equipamento, este é uma carga.

A potência reativa sai da fonte capacitiva e da carga capacitiva, pois é gerada nesta. Apotência reativa entra na fonte indutiva e na carga indutiva, pois é absorvida por esta.

A i á i f ê i i á i i A á i

S

P

Q

Carga indutiva

S

P

Q

Carga capacitiva






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A freqüência está intimamente relacionada com o balanço de potência ativa no sistema interligado.Sob condições normais de funcionamento, os geradores do sistema giram em sincronismo e, juntos,geram a potência que, a cada instante, está sendo consumida por todas as cargas, mais as perdasativas de transmissão. Estas, da ordem de uns poucos por cento, consistem em perdas ôhmicas (efeito joule) nos vários componentes da transmissão, em perdas por efeito corona nas linhas, e em perdas nosnúcleos dos transformadores e geradores. Como não possuímos armazenamento de energia, a taxa deprodução deve ser igual à taxa de consumo.

É interessante notar esta íntima relação entre potência ativa e freqüência, pois o funcionamentosincronizado dos geradores representa um estado estável do sistema. Com isso, queremos dizer que,uma vez que um gerador tenha sido sincronizado num sistema, aparecem forças eletromecânicas nointerior da máquina, que tendem a mantê-la girando na mesma velocidade que o resto do sistema. Comoa velocidade da máquina está atrelada ao restante do sistema, pode-se controlar a geração de potênciaativa, controlando o conjugado aplicado ao gerador, pela máquina motriz. Com isso, tende-se a variarsua velocidade, mas como a mesma está presa ao sistema, o que acaba ocorrendo é uma variação doseu ângulo de rotação. Isto resulta em variação da corrente e da potência fornecida, e ao mesmo tempo,a corrente cria um conjugado no interior da máquina que é exatamente o oposto do conjugado motriz.

Baseado nisto, poderíamos achar que o controle de geração é algo simplório, porém devemos noslembrar que a carga do sistema pode ser prevista apenas dentro de certos limites. Suas flutuações sãointeiramente aleatórias, sendo realmente impossível conseguir um perfeito equilíbrio instantâneo entregeração e demanda. Haverá sempre um excesso ou deficiência de geração, fazendo assim com quesempre haja variações de freqüência.

Assim como a constância da freqüência do sistema é a melhor garantia de que o balanço dapotência ativa está sendo mantido no sistema, também um perfil constante de tensão de barra, garanteque o equilíbrio está sendo mantido, entre a potência reativa produzida e a consumida. Sempre que omódulo de uma dada tensão de barra sofrer variações, isso significará que o balanço de Q não está

d id b






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Z

V V I

ji

Assim sendo, tem-se as potências na linha iguais à:

2* *

*

*

2

*15

i j

j i

j V V

i i ji j

ij ij ij i i

L

j V V

j j i

ji ji ji j

L

V V V eV V S P jQ V I V Z R jX

V V V eS P jQ V I

R jX

Como definido na Ilustração 5 que o ângulo entre as barras i e j é , denominado de ângulo de

potência, rearruma-se e desmembra-se as equações acima nas suas parcelas ativa e reativa, obtendoassim as seguintes expressões:

2

2 2

2

2 2

2

1cos sen

1cos sen 16

1

ij i i j i j

ij i i j i j

ji j i j i j

P R V R V V X V V R X

Q X V X V V R V V R X

P R V R V V X V V






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2

2 2

1

2

2 2

1

2

2 2

1

2

2 2

1

1cos sen

1cos sen

1cos sen

1cos

ij i i j i j

ij i i j i j

ji j i j i j

ji j i j i


Q X V X V V R V V

R X


Q X V X V V R V R X

2

sen

deste modo:

1sen

1

1sen 17

j

ij i j

ij i i j

ji i j

V

P V V X

Q V V V X

P V VX






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saída constante, pode se adaptar à variação de excitação de campo, fornecendo corrente em atraso ouem avanço, em relação à tensão terminal.

Com esta flexibilidade é possível utilizar a máquina atuando como capacitor ou como reator, etambém obter potência reativa controlada.

Na Ilustração 6 abaixo temos uma típica curva de capacidade, para um gerador de pólossalientes.

Sabendo-se que a máquina síncrona pode fornecer ou absorver reativo e com o auxílio da figuraabaixo, podemos quantificar e estabelecer limites operativos para a máquina, uma vez que condiçõesseveras de operação não são desejáveis.

Observa-se que o limite para o fornecimento de reativo, dependendo da potência ativa que se estágerando, é estabelecido pelo limite térmico do circuito de campo da máquina.

Observa-se também que a absorção de reativo, dependendo da potência ativa fornecida, élimitada ao limite térmico do estator ou o limite de estabilidade prático, dependendo de qual seja menor.

No caso específico de compensadores síncronos, máquina síncrona que não fornece potênciaativa, é possível fazer controle de tensão utilizando-o. Fazendo-se com que o compensador forneçareativo dentro de seus limites operacionais, é possível controlar a tensão em barras a ele conectadas,mantendo-se a tensão dentro de seus limites desejáveis.

O fato de o compensador síncrono desempenhar as funções de fornecimento e absorção dereativo, torna-o um meio de controle relativamente caro, sendo necessária uma análise custo/benefício,para validar sua aplicação em algum ponto do sistema em questão.

LI

POTÊN

CI

DA

TU CO






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ativa. Diz que a linha tem um ponto de operação no qual ela não absorve nem fornece potência reativa.Tal ponto é denominado de SIL. Assim sendo, se a potência ativa é inferior ao SIL da linha, esta fornecepotência reativa e se a potência é superior ao SIL da linha, esta absorve potência reativa.

Por outro lado em carga baixa a linha se comporta como um capacitor, representando, para osistema alimentador, um gerador de energia reativa. Um exemplo prático de uma LT que vemfuncionando como capacitor é a LT AD-T171 (LT 500 kV Adrianópolis / Torre 171), que originalmentechegava de Angra. Essa linha de transmissão foi seccionada na torre 171, e desde então, devido ao seu

elevado nível de tensão (500kV) e extensão, vem sendo utilizada como capacitor (gera em torno de 30Mvar na base de 1,0 pu). É necessário também, controlar esses excessos de reativo, visto que podemmanter níveis de tensão indesejavelmente altos junto à carga, podendo até ser necessária a inserção dereatores shunt.

Pelo exposto acima observamos que a condição de carga influi diretamente no balanço de reativoda LT. Deste modo pode-se ter variação de tensão fora dos limites aceitáveis, indicando a necessidadede meios para a compensação reativa.

4.3. Tapes em Transformadores de Potência

Uma outra forma de se regular a tensão em uma determinada barra é através de transformadorescom tapes. Os tapes são elementos que tornam possível a variação da relação de transformação. Dessaforma pode-se manter aproximadamente constante a tensão secundária do transformador, mesmo que atensão primária esteja em uma faixa um pouco acima ou abaixo da sua tensão nominal.

Os transformadores podem possuir tapes que são mudados em carga ou sem carga. Os tapes quepodem variar em carga são os “OLTC‟s” (ON LOAD TAP CHANGER), e os que variam sem carga, oufixos, são os “NLTC‟s” (NO LOAD TAP CHANGER). É possível que um transformador possua os dois,






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Ilustração 7 - Circuito característico de um OLTC

RELÉ

SUBIR TENSÃO

DESCER TENSÃO

TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA

TRANSFORMADOR DE POTENCIAL

Figura 7 – Circuito característico de um OLTC






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4.5. Compensadores Estáticos

Compensador estático é um equipamento composto por capacitores e indutores. Esses elementosestão dispostos de tal forma, que através de chaveamento podemos inserir quantidades de capacitores

ou indutores no sistema, de modo a fornecer ou absorver reativos.Há várias formas de chaveamento, a maior parte delas utiliza tiristores.Esses equipamentos em geral são mais viáveis economicamente do que os compensadores

síncronos, e apresentam bom tempo de resposta. Na Ilustração 9 abaixo vê-se uma representaçãotípica de uma compensador estático.

L

BARRAMENTO

C






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de tensão é bom para que possamos aproveitar ao máximo a potência reativa fornecido pelo mesmo(desde que, é claro, não extrapolemos os limites das faixas de tensão da região de influência).

4.7. Capacitores Série

Os capacitores série são conectados em série com a linha de transmissão para compensar areatância indutiva da mesma, aumentando assim a transferência de potência que pode ser transmitida,diminuindo as perdas.

Em distribuição são usados para melhorar a regulação da tensão da distribuição e dealimentadores desde 1930. Agem reduzindo a impedância da fonte de potência e a flutuação da carga,os capacitores shunt diminuem o problema de flicker na iluminação.

Como desvantagem pode-se citar a auto-excitação de motores de indução de grande porte e demotores síncronos durante a partida, bem como problemas de ferroressonância entre transformadores ecapacitores resultando em problemas com harmônicos.

Na aplicação para extra alta tensão, são usados porque permitem o carregamento econômico delongas linhas de transmissão.

4.8. FACTS – Flexible Alternative Current Transmission System

Todos os países no mundo que possuem grandes sistemas de energia elétrica estãoextremamente interconectados. Essas conexões do sistema envolvem subestações que podem serregionais ou interregionais.






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várias linhas. Também pode ser um controlador unificado no qual controladores sérieindependentes provém compensação reativa para cada linha enquanto ao mesmo tempotransferem potência ativa através das conexões.

Combinação de controladores série – shunt – Esta pode ser uma combinação decontroladores shunt e série individuais, que são controlados de maneira coordenada, ouum controlador de fluxo de potência unificado, com elementos série e paralelo. Porprincípio, combinações série – shunt injetam corrente no circuito através da parte shunt e

tensão pela parte série. Contudo, quando o controlador shunt – série é unificado, eletambém possibilita a transferência de potência ativa.

Dentro dos grupos vistos acima, tem-se várias combinações com diferentes denominações. Serávisto a seguir algumas cujas aplicações estão sendo estudadas para utilização no sistema brasileiro.

4.8.1. Compensador Síncrono Estático (STATCOM)

O STATCOM, conforme pode ser visto na Ilustração 10, é um equipamento de eletrônica depotência avançado que é utilizado na compensação de potência reativa. Tem como função proversuporte de tensão em áreas críticas do sistema de potência.

O predecessor do compensador síncrono estático, ou seja, o compensador síncrono reativo foimuito usado no passado para a compensação shunt de reativos.

Este compensador apresenta algumas características funcionais altamente desejáveis, tais como:

Capacidade de injetar elevadas correntes capacitivas durante períodos transitórios desubtensão;






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4.8.2. Capacitor Série Continuamente Controlado (GCSC)

Na tecnologia baseada em tiristores, não existe uma forma de se controlar os capacitores, massim de chaveá-los.

Até hoje, estes operavam controlando a corrente em reatores. É possível construir-se um circuitoexatamente dual ao do reator controlado por tiristores, este é o capacitor controlado por GTO.

Os GTO‟s operam em paralelo com os tiristores e o conjunto é utilizado em série com a linha detransmissão, conforme pode ser visto na Ilustração 11 a seguir.Vantagens:

Possuem uma construção mais simples que os atuais TCSC; Desempenho semelhante ou melhor que os TCSC‟s, sem apresentar nenhuma faixa de

operação onde possa ocorrer ressonância.

Ilustração 11 - Diagrama esquemático de um GCSC






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Ilustração 12 - Diagrama esquemático de um modelo de UPFC

4.8.4. Sistemas de Transmissão em Corrente Contínua (CCAT)






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Barreiras tecnológicas que limitam a potência dos dispositivos semicondutoresautocomutados.

4.8.4.3. Filtros de Potência Ativa

Estes filtros passivos para aplicação em altas potências são tidos como a solução natural para

eliminação de harmônicos.Desvantagens:

A eliminação de harmônicos acontece apenas para as freqüências para as quais foramprojetados, ignorando os harmônicos que acontecem devido a presença de outras cargasno circuito;

São sintonizados apenas para freqüências específicas apresentando resultados ruins casosofram variações;

A solução seria a utilização de filtros ativos mistos, nesses uma parte passiva é associada emsérie com a parte reativa, com a intenção de unir as vantagens dos filtros ativos convencionais às altaspotências dos filtros passivos. Abaixo, na Ilustração 13, vê-se um diagrama esquemáticos:






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transmissão também absorva reativo. Estes dois efeitos contribuem para a queda da tensão dosbarramentos da linha.

De maneira análoga, na carga leve temos uma diminuição das potências das linhas e de suascorrentes. O carregamento das mesmas fica, normalmente, abaixo do seu SIL e com isso a linha passa afornecer potência reativa. Estes dois efeitos aumentam a tensão terminal das linhas, conforme jámencionado.

Assim sendo, desde que possamos efetuar remanejamentos de geração entre regiões ou pontos

do sistema, talvez possamos controlar o fluxo de potência em determinadas linhas, aliviando assim seucarregamento e deste modo, minimizando a queda de tensão introduzida pela mesma, visando o nãoesgotamento dos recursos de tensão da área em questão.

Itaipu que é uma usina binacional (consórcio Brasil – Paraguai), possui dois setores de geração,um em 60 Hz e outro em 50 Hz, ambos com nove unidades geradoras (já sendo programada a expansãopara dez unidades em cada setor). O setor de 50 Hz é interligado ao Sistema Brasileiro através de umlink de Corrente Contínua da SE Foz do Iguaçu até a SE Ibiúna, conhecido como ELO CC, enquanto osetor de 60 Hz é interligado através de três linhas de transmissão em 765 kV da SE Foz do Iguaçu até aSE Tijuco Preto, sendo seccionadas em Ivaiporã e Itaberá, conhecido como Tronco de 765 kV. É

procedimento comum, no horário de carga pesada e desde que satisfeitas algumas condiçõeseletroenergéticas, reduzir-se o carregamento no Tronco de 765 kV, mantendo-se o perfil de tensãoelevado para a região de São Paulo e evitando-se assim o esgotamento dos recursos do Tronco edaquela região e elevar o carregamento no ELO CC, pois este possui melhores condições de controle detensão, face a grande quantidade de recursos nas estações conversoras (inerentes ao processo deinversão e retificação); fazendo assim um remanejamento de geração entre os dois setores, de modoque a geração total programada para a usina mantenha-se constante.

De maneira análoga, na carga leve procura-se aumentar o carregamento do Tronco de 765 kV demodo a não se ter tensões elevadas, evitando-se o esgotamento dos recursos de tensão da região






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Considera-se que o sistema de transmissão opera em determina condição de operação, cujos valores detensão, carregamento e perdas são determinados por técnicas convencionais de análise de redes, comoo método de fluxo de potência Newton-Raphson. É possível, a partir da matriz estendida do Jacobiano,avaliar as sensibilidades de tensão e perdas no sistema, em função das alterações de reativos e taps detransformadores.

6. - O PROVIMENTO DE SUPORTE DE TENSÃO COMO UM SERVIÇO ANCILAR

No novo modelo organizacional do setor elétrico brasileiro, o provimento de suporte de tensão éconsiderado como um serviço ancilar e, como tal, é necessário o estabelecimento de arranjos técnicos ecomerciais que regulem o provimento e uso desses serviços.

A reestruturação do setor elétrico brasileiro traz para planejadores e operadores do sistema novosparadigmas, muitos dos quais ainda não completamente estabelecidos mesmo em países onde o estágiode desregulamentação da indústria de energia elétrica encontra-se mais avançado. Neste contexto,atenção especial tem sido dada ao provimento dos denominados serviços ancilares. São exemplos deserviços ancilares em um sistema de energia elétrica o provimento de reserva girante, reserva fria,capacidade “black-start”, e suporte de tensão.

A separação das atividades de geração, transmissão e distribuição impõe a identificação doscustos incorridos para provimento desses serviços, de modo que se possa remunerar os seusprovedores adequadamente, sem que haja subsídios cruzados e sem perder de vista os estímulosnecessários à expansão do sistema.

No presente trabalho, ênfase é dada ao provimento de potência reativa para o controle de tensãodo sistema, controle este que pode ser obtido mediante ajuste da corrente de campo de geradores ecompensadores síncronos, bem como através de chaveamentos de reatores, capacitores ecompensadores estáticos e mudanças de tapes dos transformadores, como já visto.

É






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A identificação dos custos incorridos para suporte de tensão requer que se analise as diversasformas encontradas para provimento desse serviço.

Em linhas gerais, o fornecimento e absorção de potência reativa destina-se às seguintesfinalidades:

aumentar o limite de transferência de potência entre áreas; controlar o perfil de tensão em regime normal de operação; controlar o perfil de tensão em regime transitório.

Dependendo da finalidade, determinado tipo de compensação é mais adequando, assim como oregime de operação do elemento de compensação é diferente.

Assim, enquanto um compensador síncrono deve operar de modo a dispor de uma reserva depotência reativa para controlar excursões rápidas de tensão durante contingências, um capacitor shuntdestina-se a manter o perfil de tensão durante condição normal de operação e portanto, em decorrênciada sua própria natureza, injeta continuamente potência reativa no sistema.

Note-se que as duas funções desempenhadas são de vital importância para o sistema, embora naprimeira delas o compensador síncrono pode não estar absorvendo nem fornecendo potência reativa,enquanto na segunda, o fornecimento é contínuo. Além do compensador síncrono, constituem-se emfontes de reserva de potência reativa os compensadores estáticos e os geradores.

Ambas as funções incorrem em custos de investimento e também em custos para suprimento dasperdas próprias dos equipamentos e portanto, é razoável pensar em um arranjo comercial para oprovimento de suporte de tensão baseado nesses custos.

Uma outra possibilidade de estabelecimento de um arranjo comercial para provimento de suportede tensão consiste na determinação de preços nodais para a energia reativa, os quais são calculados apartir de um fluxo de potência ótimo que tem por objetivo a minimização dos custo de geração. Nesta






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O desenvolvimento desta parte trabalho se dará da seguinte forma: mostraremos o sistema inicial,através de um diagrama unifilar, com problemas de tensão em algumas regiões e por partes, iremossolucionar esses problemas e explicitando o que foi feito. Cada diagrama unifilar será colocado emanexo e explicadas as suas ações nesta parte.

Vale lembrar, que as soluções aqui apresentadas são meramente ilustrativas e acadêmicas paraserem mostradas as conseqüências da inserção de elementos shunts em uma rede elétrica. Num estudode um sistema real, teríamos que ver se esse elemento é a melhor solução elétrica para o problema e

se fosse, as conseqüências desse elemento nas cargas mínima, leve, média e pesada e para cada caso,a possibilidade de chaveamento em proporções desse banco do elemento considerado. Um outro fator,levado em conta, é o fator econômico do elemento em comparação com as outras soluções. na verdade,teríamos que ter um casamento da solução elétrica e econômica.

7.1. CASO 1 – SISTEMA INICIAL PARA O ESTUDO

Neste caso inicial, sem nenhum elemento de controle de tensão, podemos perceber que osistema em geral está com um nível de tensão baixo e que algumas barras estão fora da faixa operativaque é de 5 % e 10 % para o 500KV. Muitas dessas barras estão fora do limite de operação, e outrasestão com valores bem próximos ao valor mínimo (veja diagrama unifilar nº 1, no Anexo). Nos casosabaixo, iremos colocar equipamentos de controle de tensão para uma regulação desse sistema.

7.2. CASO 2 – INSERÇÃO DE CAPACITORES DE 100 Mvar NA BARRA 3 E 60 Mvar NA BARRA 5






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Neste caso, colocamos um transformador com LTC no circuito entre as barras 11 para 33 e 27para 9 para um controle de tensão de 1 p.u. na barras de carga 33 e 9. Vale ressaltar que os tapes sãocolocados no lado de alta do transformador pelo fato de se ter uma menor corrente neste enrolamento eeste enrolamento está mais próximo da carcaça do transformador, o que possibilita um melhor acesso.

Esses transformadores vão tentar manter as tensões nas barras controladas 33 e 9 em 1 p.u.através da variação automática dos tapes dentro dos limites inferior e superior, que no caso são 0,800 e1,080. Como o fluxo de reativo vem do primário para o secundário, e o tap está no lado de alta, este tem

que diminuir para que a tensão aumente na barra secundária, que é a barra de carga. Podemosdemonstrar isso pela relação abaixo:

1 1

2 2

V N

V N , assim sendo 2 1 1

2

1

N V V V

N

explicando a redução do tap para aumento da tensão na barra secundária, ou seja, paraaumentarmos a tensão da barra secundária devermos diminuir a relação de transformação.

Apesar dos procedimentos feitos acima para o controle da tensão no sistema, alguma partesdesse sistema ainda permanecem com baixas tensões em seus terminais. Nos casos abaixo, faremosmais alterações no circuito para uma regulação da tensão.

7.4. CASO 4 – COLOCAÇÃO DE COMPENSAÇÃO SÉRIE NO CKT DA BARRA 35 PARA 14

Neste caso, colocamos uma compensação série de 70% no circuito da linha da barra 35 para abarra 14 e podemos perceber que o perfil de tensão não só melhorou na barra 14, mas em toda e regiãodesta barra. Podemos assim, perceber o efeito da compensação série na regulação de tensão de um






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8. - CONCLUSÃO

Pelo exposto no presente trabalho podemos concluir que a manutenção dos níveis de tensão éfator decisivo para o bom desempenho, quer em regime permanente, quer em regime transitório, de umsistema de potência. As premissas que nortearão a definição do perfil ideal de tensão e faixa em que osmesmos podem „excursionar‟ são definido por meio de estudos criteriosos e sujeitos à validaçõesconstantes, devido a vários fatores como por exemplo: aumento de demanda, entrada de novos

equipamentos, alteração de topologia da rede, indisponibilidade de equipamentos, entrada de novosconsumidores, etc.

Deve ser considerado também o tipo de equipamento de controle de tensão que será maisadequado a uma região, sempre sendo embasado pelo critério custo x benefício, norteados pelo critériode otimização de alocação de reativos. O estudo de novas metodologias e/ou equipamentos devem serestimulados constantemente de modo a se obter novas formas de controlar o perfil de tensão,principalmente em condições transitórias, de modo a se preservar a integridade do sistema e,consequentemente, dos consumidores, minimizando assim os custos de interrupção (através da reduçãodo tempo de interrupção ou redução do número de interrupções no período). A análise da adequação

dos equipamentos de controle de tensão das empresas e sua localização, deverão ser bem criteriosas eabrangentes, sendo sua definição um ponto estratégico no atual mercado energético, em vistas dareceita por serviços ancilares. É importante notar que devido a isto teremos um equacionamento cadavez mais difícil entre a decisão técnica e os interesses político-econômicos dos agentes.

Várias metodologias e equipamentos foram apresentados neste trabalho. Cada um atende umperfil característico de região. Existem outras metodologias que não foram abordadas no escopo destetrabalho por ainda estarem iniciando seu processo de desenvolvimento. Entre estas metodologias,destacam-se àquelas que utilizam Sistemas de Inteligência Artificial como Sistemas Especialistas, RedesNeurais, Lógica Fuzzy e Algoritmos Genéticos.






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9. BIBLIOGRAFIA

Elgerd, Olle. I. - Introdução à Teoria de Sistemas de Energia Elétrica – Editora: McGraw-Hill doBrasil – 1976 – São Paulo;

Hingorani, Nara G. e Gyugyi, Laszlo – Undestarndig FACTS – concepts and technology of

flexible AC transmission system – Editora: IEEE Press – 1999 – São Paulo; Instrução de Operação Sistêmica 004 – CONTROLE DE TENSÃO NA REDE DE OPERAÇÃOSUL/SUDESTE+CENTRO-OESTE – Módulo 1.3 – Tomo 02 - Volume IV do MPO – Manual deProcedimentos Operativos do Operador Nacional do Sistema –NOS

Kundur, Prabha – Power Stability and Control – Editora: EPRI Editors; Silva, E.L.; "O Provimento de Potência Reativa como um Serviço Ancilar", XV SNPTEE -

Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica, Foz do Iguaçu, Outubro, 1999. Kagan, N.; Oliveira, C.C.B.; "Locação de Suporte Reativo Considerando a Minimização dos

Investimentos e das Perdas Através de Modelo Flexível de Busca Heurística", XV SNPTEE - Seminário

Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica, Foz do Iguaçu, Outubro, 1999.





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10. ANEXO I - SISTEMA ORIGINAL SEM NENHUM ELEMENTO DE CONTROLE DE TENSÃO






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11. ANEXO II - SISTEMA COM CAPACITOR SHUNT DE 100 MVAR NA BARRA 3 E 60 MVAR NA BARRA 5






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12. ANEXO III - SISTEMA COM TRAFO LTC NAS BARRAS 11 PARA A 33 E 27 PARA 9






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13. ANEXO IV - SISTEMA COM COMPENSAÇÃO SÉRIE DE 70% NO CKT DA BARRA 35 PARA 14






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14. ANEXO V - SISTEMA COM COMPENSADOR SÍNCRONO NA BARRA 8, LTCS NAS BARRAS DE CARGA E SHUNT DE 70 MVAR NA BARRA 14

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