Abordagem desacoplada alternativa para análise de fluxo de potência em redes ativas de distribuição de energia elétrica

Abstract

Resumo: Os sistemas de distribuição de energia elétrica vêm atravessando mudanças estruturais importantes, consequência da contínua e crescente difusão da geração distribuída. Juntamente com a ampliação do uso de equipamentos automatizados, são fomentados novos arranjos topológicos, mais versáteis e flexíveis, na busca por uma operação mais eficiente e segura. Nesse contexto, torna-se imprescindível revisar estudos, conceitos e métodos que antes eram considerados como consolidados. Esse trabalho propõe uma nova metodologia para solucionar o problema do cálculo do fluxo de potência em redes ativas de distribuição. Para tanto, tal abordagem se apropria do acoplamento característico entre potência ativa e magnitude de tensão e entre potência reativa e ângulo de tensão observado em sistemas de distribuição, que apresentam condutores com alta relação R/X. O trabalho descreve a metodologia proposta, que é análoga ao método Newton-Raphson Desacoplado Rápido, e resulta em quatro versões distintas, em função das simplificações adotadas, que serão descritas e avaliadas. Também é utilizada a técnica de normalização complexa que, ao ressaltar a característica resistiva das linhas, acelera o processo de convergência do método. Resultados obtidos em sistemas de distribuição de 33 e 907 barras ilustram a aplicabilidade da metodologia proposta e destacam a sua relevância. É analisado o número de iterações para a convergência do problema e comparado com o método Desacoplado Rápido tradicional, obtido por pacotes computacionais consolidados. Além disso, é examinado o perfil de tensão destes sistemas em cenários de operação distintos. De forma geral, o método proposto se mostra promissor para auxiliar o planejamento e operação de sistemas modernos de distribuição de energia, de qualquer dimensão ou topologia, bem como com presença de geração distribuída. Palavras-chave: Sistemas Ativos de Distribuição. Fluxo de Potência. Desacoplado Rápido. Geração Distribuída. Normalização Complexa.

Abstract: Electric power distribution systems are undergoing major structural changes, because of the continuous and growing diffusion of distributed generation. Along with the increased use of automated equipment, new topological arrangements, more versatile and flexible, are encouraged in the search for a more efficient and safe operation. In this context, it becomes imperative to review studies, concepts and methods that were previously considered as consolidated. This work proposes a new methodology to solve the problem of power flow calculation in active distribution networks. For such, this approach seizes the typical coupling between active power and magnitude of voltage and between reactive power and voltage angle observed in distribution systems that have high R/X ratio conductors. The work describes a proposed methodology, which is analogous to the Newton-Raphson Fast Decoupled method, and results in four different versions, depending on the simplifications adopted, which will be described and evaluated. The technique of complex normalization is also used. It highlights the resistive characteristic of the lines and accelerates the method's process of convergence. Results obtained in distribution systems of 33 and 907 buses illustrate the applicability of the proposed methodology and highlight its relevance. It is analyzed the number of iterations for the convergence of the problem and compared with the traditional Fast Decoupled method obtained by consolidated computational packages. In addition, the voltage profile of these systems is examined in different operating scenarios. In general, the proposed method is promising to assist the planning and operation of modern distribution systems of any size or topology, as well as the presence of distributed generation. Keywords: Active Distribution System. Power Flow. Fast Decoupled. Distributed Generation. Complex Normalization.