Análise de metodologias para operação de capacitores automáticos instalados em redes de distrribuição de energia elétrica

Abstract

Resumo: Bancos de Capacitores automáticos são utilizados em redes de distribuição de maneira a compensar a energia reativa demanda pelas cargas de rede de distribuição de energia elétrica, reduzir perdas elétricas, melhorar perfil de tensão e reduzir custos operacionais e de manutenção. Considerando que as cargas estão sujeitas a variações ao longo do dia, a operação destes equipamentos, sem ajustes otimizados, pode não ser suficiente para prover a compensação reativa necessária. Para tanto, existem diversas metodologias propostas na literatura a fim de realizar o controle ótimo da operação dos bancos de capacitores em sistemas de distribuição. Estas metodologias podem ser divididas em três tipos: as que utilizam métodos clássicos de programação inteira-mista; inteligência artificial (IA) e técnicas matemáticas tradicionais ajustadas ao problema. Neste trabalho, o foco principal é implementar, comparar e aprimorar técnicas matemáticas tradicionais, pois elas apresentam bom desempenho computacional, o que é ideal para soluções em redes elétricas inteligentes que operam através de sistemas corretivos e que demandam soluções rápidas. Utilizando um Fluxo de Potência Ótimo Parametrizado com o objetivo de promover a manutenção nos níveis aceitáveis de tensão, três abordagens diferentes foram avaliadas: inclusão de função penalidade; inclusão de função sigmoidal e ajustes heurísticos. A validação destas metodologias foi realizada comparando-se os resultados obtidos através de uma busca exaustiva num sistema de 70 barras, com curvas de carga parametrizadas. Os resultados obtidos foram bastante consistentes para os vários casos testados e mostram alternativas rápidas e eficientes para o controle de reativo no sistema elétrico.

Abstract: Automatic capacitor banks are used in distribution networks in order to compensate the reactive power of the network, contribute to the reduction of electrical losses, improve voltage profile and reduce operating costs and maintenance. Whereas the loads are subject to variation throughout the day, the operation of equipment, without optimized settings, it may not be sufficient to provide the required reactive compensation. For this, there are several methods proposed in the literature in order to achieve optimal control of the operation of capacitor banks in distribution systems. These methodologies can be divided into three types: those using classical methods of mixed-integer programming, artificial intelligence (AI) and traditional mathematical techniques adjusted to the problem. In this work, the main focus is to implement, compare and enhance traditional mathematical techniques, because they provide good computational performance, what is ideal to solutions for intelligent networks that operate through remedial systems and quick solution. Using an Optimal Power Flow Parameterized aiming to promote the maintenance of acceptable levels of voltage, three different approaches were evaluated: the inclusion of penalty function, inclusion of sigmoidal function and heuristic adjustments. The validation of these methods was performed comparing the results with the ones obtained by an exhaustive search using a system of 70 buses with load curves parameterized. The results were fairly consistent for the various cases tested and show rapid and efficient alternative for the control of reactive power system.