Distribuição de Energia II5º ano da LEEC - ramo de Energia (FEUP)

Gestão de Energia Reactiva nas redes de Distribuição

Optimização do dimensionamento e localização de baterias de condensadores

Cláudio Monteiro

Gestão de Energia Reactiva Influência do trânsito de reactiva nas perdas e na queda de tensão

O trânsito de reactiva implica um acréscimo no módulo da corrente provocando perdas de activa proporcionalmente à resistência

As cargas reactivas implicam quedas de tensão nas linhas, especialmente devido às reactâncias das linhas.

222 )sin()cos( reactivaactiva

IRIRRI

)sin()cos( reactivaactiva

R IXIRV Componente real da queda de tensão na linha (a mais significativa) depende da componente reactiva e da rectancia

Perdas na linha, depende da componente activa e reactiva da carga, mas não depende directamente da reactância.

Gestão de Energia Reactiva Aspectos relacionados com o trânsito de reactiva

O consumo de reactiva está em cargas indutivas (motores assíncronos) e em linhas aéreas.

A produção de reactiva está nos geradores síncronos, em baterias de condensadores e em cabos de distribuição

Optimizar o trânsito de reactiva permite optimizar as perdas e optimizar o nível de tensão

mas ... regular a tensão nos barramentos poderá forçar trânsitos de reactiva no sentido inverso ao trânsito de activa e aumentar as perdas

Gestão de Energia Reactiva Recomendações quanto ao trânsito de reactiva

Deverá produzir-se a reactiva o mais próximo possível dos consumos de reactiva.

A produção de reactiva não deve ser superior ao consumo, pelo que deve ter-se em conta o diagrama de consumo de reactiva, de forma a manter um factor de potência aceitável para todo o diagrama

Para evitar quedas de tensão e perdas deve evitar-se o transito de reactiva através dos transformadores (mas ter em conta a variação do preço das baterias com o nível de tensão)

Para cargas modelizadas como potência, tensões mais elevadas implicam menores correntes e menores perdas, mas na realidade tensões mais elevadas implicam geralmente cargas activas e reactivas mais elevadas (cuidado com a modelização de cargas num trânsito de potências)

Gestão de Energia Reactiva Vantagens das baterias de condensadores

Permitem gerar a energia reactiva próxima dos consumos evitando trânsitos e perdas

Aliviam as capacidades de transporte das linhas e capacidade de geração dos geradores

Permitem controlar o nível de tensão nos barramentos.

Gestão de Energia Reactiva Correcção do factor de potência

carga

PP

Q2=Q1-Qc

Qc

Q11

2

Qc

Q2

Q1

P

S1

S2

111 cosSP

111 sinSQ

2

21

Q

C tgPQQ

IL IL=IC

LL

CC V

QI

3

LLLC IVQ 3

3L

C

II

C

LLC I

VX

LL

CC

V

QI

3

C

NLC I

VX

CXfC

21menor

capacidade maior capacidade

Gestão de Energia Reactiva Redução de perdasRedução de perdas num troço da rede devido à introdução de uma bateria de condensadores

P1+jQ1

P2+jQ2 P3+jQ3 P4+jQ4

R1+jX1 R2+jX2 R3+jX3 R4+jX4

222 sincos IRIRRI

222 sincos cIIRIRRI

2sin2 cc IIIRp

antes

depois

Diminuição de perdas

24322

432

4324,3,2sin

QQQPPP

QQQ

2RR

V

tgPQ

V

QI i

ii

iC

C

33

4

1

4

1

V

QQQPPPII

3

2432

2432

2

Qc

Ic

I2

Factor de potência desejado

Tensãonominal

EXEMPLO: Diminuição de perdas no troço 2

Sem redução de perdasCom redução de perdas

Gestão de Energia Reactiva Processo de optimização da localização de baterias

Calcular a capacidade da bateria de condensadores para compensar todas as cargas da saída

Avaliar a diminuição de perdas para a localização da bateria em vários pontos da saída Começar por colocar em torno da zona de distância

aproximadamente a 2/3 da saída Calcular, pelo método da página anterior, a redução

de perdas em cada troço a montante da localização da bateria

Verificar o perfil de tensão ao logo da saída Se estiver baixo, deslocar a bateria mais para jusante

ou aumentar a capacidade da bateria Se estiver alta baixar a capacidade da bateria Se estiver alta em alguns locais e baixa noutros,

colocar várias mais baterias distribuídas pela saida Uma análise mais detalhada pode ser feita para vários

regimes de carga

Gestão de Energia Reactiva Optimização da localização para cargas uniformemente distribuidas

Considere uma saída com carga uniformemente distribuída em que todos os troços tem a mesma resistência R.

cxxcx

p ccc

21

3%

2

A redução de perdas é dada por:

Qc

IcP2+jQ2

IcV

QII i

i

iis

3

8

18

1

cx

s

f

I

I

s

c

I

Ic

Supondo If=0 e uma compensação do factor de potência para c=2/3, então a

localização óptima será xc=2/3

V

QII f

38

8

V

tgPQ

V

QI i

ii

iC

C

33

8

1

8

1

antesi

depoisiantesi

p

pp

p

8

1

8

1

8

1%

sIP5+jQ5 P7+jQ7

Gestão de Energia Reactiva Processo de optimização da localização de baterias

Calcular a corrente reactiva Ic da bateria de condensadores para compensar todas as cargas da saída com o factor de potência desejado

Calcular o quociente entre a corrente reactiva no final da saída If e a corrente reactiva no início da saída Is.

Calcular o quociente c entre a corrente reactiva da bateria Ic e a corrente reactiva no início da saída Is.

Calcular a expressão da redução de perdas percentual Δp%

Derivar Δp% em ordem ao comprimento xc e encontrar a solução para a qual Δp%=0. Ou seja, encontrar o local xc, para o condensador, que maximiza a redução de perdas.

Calcular a redução de perdas Δp% substituindo xc na equação.