Metodologia para determinação do perfil trifásico de tensão de sistemas de distribuição ativos via algoritmo de passo único

Abstract

Resumo: As redes de distribuição de energia têm sido impactadas pelo avanço da descentralização da geração de energia, motivado pelo aumento da disseminação de unidades de geração de pequeno porte conectadas à rede. Além da crescente participação da Geração Distribuída, é notável que os sistemas são influenciados por novas tecnologias de automação, exigindo um contínuo aperfeiçoamento de ferramentas computacionais para apoiar o planejamento do sistema elétrico. Nesse sentido, este trabalho tem como objetivo propor uma ferramenta computacional orientada para determinar, com precisão, a magnitude das tensões nodais trifásicas de redes de distribuição, num único passo de cálculo. A proposta está alicerçada na utilização da técnica de normalização complexa por unidade, que se mostra robusta para apoiar estudos de redes ativas de distribuição. Tal técnica permite adequar o ângulo-base da rede, aproximando o sistema a um circuito em corrente contínua equivalente, possibilitando assim uma abordagem análoga ao relevante papel desempenhado pelo Fluxo de Potência Linearizado nos estudos de sistemas de transmissão. A metodologia proposta permite a representação do efeito de dispositivos de controle de tensão, além de ser efetiva para a avaliação de redes ativas de distribuição em qualquer configuração topológica, desde os tradicionais alimentadores radiais, operação em anel ou mesmo arranjos malhados e microrredes. Convém ressaltar que a flexibilidade para a avaliação de diferentes arranjos topológicos, visando uma operação segura e eficiente, é indispensável para o planejamento de redes com elevada participação de fontes intermitentes e distribuídas de energia, cada vez mais presentes nos modernos arranjos de distribuição. Resultados de simulações considerando a representação trifásica de alimentadores de distribuição de 22 e 141 barras com diferentes condições operacionais, incluindo a participação de unidades de geração distribuída e barras de tensão controlada, são apresentados para demonstrar a precisão do algoritmo proposto na obtenção do perfil de tensão em uma única etapa de cálculo.

Abstract: Energy distribution networks have been impacted by advance of decentralization of energy generation, motivated by increase in spread of small generation units connected to grid. In addition to the growing participation of Distributed Generation, it is notable that systems are influenced by new automation technologies, requiring a continuous improvement of computational tools to support the electrical system planning. In this context, this work aims to propose a computational tool focused on to determine three-phase magnitude of nodal voltages of distribution grids with high precision, in a single calculation step. The proposal is based on a use of the complex per unit normalization (cpu) technique which proves to be robust to support studies of active distribution networks. This technique allows adapting the base angle of network, bringing the system closer to an equivalent direct current circuit, enabling an analogous approach to techniques applying in DC Power Flow Method for studies of transmission systems. The proposed methodology allows a representation of the effect of voltage control devices and it demonstrates to being effective for evaluation of active distribution networks in any topological configuration, from traditional radial feeders, ring system or even meshed and microgrid arrangements. It is worth mentioning that flexibility for the evaluation of different topological arrangements aiming at a safe and efficient operation is essential for planning of networks with high participation of intermittent and distributed energy sources, increasingly present in modern distribution arrangements. Simulation results considering three-phase representation of 22 and 141-bar distribution feeders of different dimensions and operating conditions, including participation of distributed generation units and controlled voltage bus are presented to demonstrate high precision of this proposed algorithm in obtaining voltage profile in a single calculation step.