Alocação de capacitores em redes de distribuição desequilibradas para minimizar as perdas de energia elétrica e o desequilíbrio

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Data

2018-11-26

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

As redes elétricas de distribuição em sua maioria apresentam cargas elétricas desequilibradas. Por isso é necessário estudar as potências envolvidas em sistemas trifásicos desequilibrados e a compensação das mesmas. O desequilíbrio aumenta as perdas elétricas e diminui o fator de potência da rede elétrica. Esse trabalho propõe a compensação da potência reativa e do desequilíbrio na rede com a finalidade da diminuição das perdas elétricas e a compensação das componentes de sequência desequilibradas da corrente. A utilização da teoria da potência efetiva em sistemas desequilibrados permite calcular as potências reativas e de desequilíbrio, sendo estas as potências compensadas no método proposto. A teoria da potência efetiva mede a eficiência dos métodos testados. Os objetivos da compensação do desequilíbrio são reduzir as perdas elétricas no neutro e o fator de desequilíbrio da tensão, além da potência de desequilíbrio na rede, potência exclusiva do desequilíbrio e que não realiza trabalho. O método proposto para compensação do desequilíbrio e dos reativos na rede de distribuição a quatro fios consiste na alocação de capacitores em delta ou estrela nas barras trifásicas. O método proposto é comparado com dois métodos existentes na literatura. A comparação entre os métodos permite constatar que o método proposto é mais eficiente na redução do desequilíbrio conjuntamente com a compensação das perdas elétricas. Quanto maior é o desequilíbrio da rede elétrica maior é a vantagem da compensação pelo método proposto, tornando a rede mais equilibrada e reduzindo as perdas elétricas. O algoritmo genético Chu-Beasley é utilizado para a otimização da alocação dos capacitores nas barras da rede de acordo com o método proposto. O algoritmo é uma meta-heurística elitista em que um único indivíduo é substituído na geração e a população é preservada para a próxima geração. O algoritmo genético Chu-Beasley é aplicado em duas redes de distribuição de média tensão, a IEEE-13 barras e a IEEE-34 barras.
Distribution electrical networks mostly have unbalanced electrical loads. Therefore it is necessary to study the powers involved in unbalanced three-phase systems and their compensation. The unbalance increases the power losses and decreases the power factor of the electrical network. This work proposes the compensation of the reactive power and the unbalance in the network with the purpose of reducing the power losses and the compensation of the unbalanced sequence components of the current. The use of the effective power theory in unbalanced systems allows to calculate the reactive and unbalanced power, these being the powers compensated in the proposed method. Effective power theory measures the efficiency of the methods tested. The objectives of the unbalance compensation are to reduce the power losses in the neutral and the unbalance factor of the voltage, besides the unbalanced power in the network, exclusive power of the unbalance and that do not realize work. The proposed method for unbalance and reactive compensation in the four-wire distribution network consists of the allocation of delta or wye-connected capacitors to the three-phase bus. The proposed method is compared with two methods in the literature. The comparison between the methods allows to verify that the proposed method is more efficient in reducing the unbalance together with the compensation of the power losses. The greater the unbalance in power network, the greater the advantage of the compensation by the proposed method, making the network more balanced and reducing the power losses. The Chu-Beasley genetic algorithm is used to optimize the capacitors allocation in the bus according to the proposed method. The algorithm is an elitist meta-heuristic in which a single individual is replaced in generation and the population is preserved for the next generation. The Chu-Beasley genetic algorithm is applied to two medium-voltage distribution networks, the IEEE-13 bus and the IEEE-34 bus.

Descrição

Palavras-chave

Alocação de capacitores, Compensação dos reativos, Compensação do desequilíbrio, Fator de potência efetivo, Potência de desequilíbrio, Componentes harmônicas, Capacitors allocation, Reactive compensation, Unbalance compensation, Effective power factor, Unbalance power, Harmonic components

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