Desenvolvimento e análise de sistemas equivalentes estáticos para o planejamento de curto prazo de sistemas de distribuição de energia elétrica de grande porte

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Data

2022-10-27

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Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

Os sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE) de grande porte, atualmente em opera-ção, apresentam alto nível de complexidade na formulação e solução de modelos matemáticos para análise e planejamento, necessitando que novas estratégias sejam desenvolvidas. Desta forma, apresenta-se uma metodologia para obter o equivalente estático para SDEEs trifásicos equilibrados, e que represente o sistema original nas simulações estáticas de planejamento de curto prazo em que é mantida a topologia da rede, fornecendo resultados com erros mínimos nas perdas ativas e reativas e magnitudes de tensão. Esta metodologia é composta por uma nova técnica de redução dos nós da rede através de sistemas equivalentes e uma ferramenta de compensação das perdas nos ramos. A técnica de redução de nós consiste em aplicar, dinami-camente ao longo das seções do SDEE, a substituição de nós e circuitos que não são de inte-resse. A ferramenta de compensação consiste em adicionar ao sistema equivalente nós que apresentam maiores índices de carregamento, o que reduz significativamente os erros nas per-das ativas e magnitudes de tensão, permitindo, finalmente, obter um SDEE equivalente defini-tivo, que pode ser utilizado como alternativa em substituição ao sistema original em aplicações de operação e planejamento de SDEEs. Como aplicação desta metodologia, apresenta-se uma estratégia para resolver o problema de planejamento de curto prazo de redes de distribuição, que é formulado um modelo de programação linear inteiro misto (PLIM) estocástico de dois estágios. No modelo de planejamento considera-se a alocação de reguladores de tensão (RT), alocação e determinação das capacidades dos bancos de capacitores (BC), alocação e determi-nação das capacidades dos pedidos de ligações de geração distribuída (GD) dos tipos eólica e fotovoltaica. A estratégia de redução da rede é testada na análise e planejamento de um SDEE de 1080 nós, em que estabelecendo um conjunto de nós candidatos, o SDEE de 1080 nós, é reduzido a um SDEE equivalente com um número mínimo preestabelecido de nós, a partir do qual a ferramenta de compensação estima uma família de SDEEs equivalentes com erros redu-zidos. Os resultados da metodologia apresentam uma redução gradual dos erros máximos nas perdas ativas obtidos com a técnica proposta na literatura e com a técnica atual, de 1,64% para 0,14% e para as magnitudes de tensão de 0,12% para 0,003%, respectivamente. As ações de planejamento, mostram que o SDEE equivalente compensado de 110-nós, que apresenta me-nores erros nas perdas ativas e magnitudes de tensão, é a alternativa de planejamento mais precisa.
The large-scale electrical distribution systems (EDS), currently in operation, present a high level of complexity in the formulation and solution of mathematical models for their analysis and planning, requiring the development of new strategies. In this way, a methodology is pre-sented to obtain the static equivalent for balanced three-phase EDSs, which represents the original system in short-term planning static simulations in which the network topology is maintained, providing results with minimal errors in active and reactive losses and voltage magnitudes. This methodology is composed by a new technique for reducing network nodes through equivalent systems and a branch loss compensation tool. The node reduction tech-nique consists of applying, dynamically throughout the SDEE sections, the replacement of nodes and circuits that are not of interest. The compensation tool consists of adding to the equivalent system nodes that present higher load indices, which significantly reduces the er-rors in active losses and voltage magnitudes, finally allowing a definitive equivalent EDS to be obtained, which can be used as an alternative, instead of the original system, in EDSs plan-ning and operation applications. As an application of this methodology, a strategy is presented to solve the short-term planning problem of distribution networks, which is formulated in a two-stage stochastic mixed integer linear programming (SMILP) model. In the planning mod-el, it is considered the allocation of voltage regulators (VR), allocation and determination of capacities of capacitor banks (CB), allocation and determination of capacities of requests for distributed generation (DG) connections of the wind and photovoltaic. The network reduction strategy is tested in the analysis and planning of a 1080-node EDS, in which by establishing a set of candidate nodes, the 1080-node EDS is reduced to an equivalent EDS with a pre-established minimum number of nodes, from which the compensation tool estimates a family of equivalent EDSs with reduced errors. The results of the methodology show a gradual re-duction of the maximum errors in active losses obtained with the technique proposed in the literature and with the current technique, from 1.64% to 0.14% and for voltage magnitudes from 0.12% to 0.003%, respectively. The planning actions show that the 110-node compen-sated equivalent EDS, which presents smaller errors in active losses and voltage magnitudes, is the most accurate planning alternative.

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Palavras-chave

Equivalentes estáticos, Distribuição de energia elétrica, Redes de média tensão, Planejamento de curto prazo, Sistemas de grande porte, Static equivalents, Electrical distribution, Medium voltage networks, Short-term planning, Large-scale systems

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