Operação e Planeamento de Redes de Energia Eléctrica com recurso ao Trânsito Optimizado de ...

249 Pages·2012·2.36 MB·Portuguese

INSTITUTO SUPERIOR DE ENGENHARIA DE LISBOA
Área Departamental de Engenharia de Sistemas de Potência e
Automação

Operação e Planeamento de Redes de Energia
Eléctrica com recurso ao Trânsito Optimizado de
Energia

SAMUEL ALEXANDRE DA COSTA LOURENÇO

(Licenciado)

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em
Engenharia Electrotécnica - ramo de Energia

Orientadores:
Professor Francisco Alexandre Ganho da Silva Reis
Professor Sérgio Miguel Redondo Faias

Júri:
Presidente: Professor Jorge Alberto Mendes de Sousa
Vogais:
Professor Francisco Alexandre Ganho da Silva Reis
Professor Sérgio Miguel Redondo Faias
Professora Dulce Helena Pereira Costa

Dezembro de 2012
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“I have not failed. I've just found 10,000 ways that won't work.”
Eu não falhei. Eu apenas descobri 10,000 maneiras que não funcionam.
(Thomas Alva Edison)

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Agradecimentos
Agradeço à Área Departamental de Engenharia de Sistemas de Potência e Automação do ISEL e
a todos os professores, por me terem acompanhado nesta jornada e por estimularem o meu inte-
resse pelo conhecimento e pela vida académica.
Há que destacar duas pessoas cruciais para o desenvolvimento deste trabalho, os meus orienta-
dores, o Professor Francisco Reis e o Professor Sérgio Faias. Pela sua dedicação, disponibilida-
de, paciência, apoio, transmissão de conhecimentos e rigor, o meu enorme obrigado.
Agradeço a todos os colegas e amigos com quem me cruzei ao longo destes anos, com quem
estudei, trabalhei e me diverti, pois foi com base nesses ensinamentos e vivências, que me foi
possível crescer e chegar até aqui. Agradeço, ainda e sobretudo, ao Fábio Teixeira, um grande
colega e amigo que me acompanhou ao longo desta jornada.
Um agradecimento especial, às pessoas a quem dedico esta dissertação, aos meus pais, António
Lourenço e Natércia Lourenço. O seu apoio incondicional, carinho, dedicação e força de vonta-
de para enfrentar as adversidades da vida, contribuíram a todos os níveis para a realização desta
dissertação.
Quero também dirigir uma palavra de apreço à Diana Parreira que, durante este trabalho, me
encorajou e apoiou.
A todos, os que de algum modo contribuíram para a realização deste trabalho, o meu sincero
reconhecimento e profunda gratidão.

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Resumo
Esta dissertação tem como objectivo explorar as potencialidades de aplicação do trânsito opti-
mizado de energia (Optimal Power Flow - OPF), no contexto da operação e planeamento de
redes de energia eléctrica. Para o efeito, são ilustradas diferentes funções objectivo, nomeada-
mente, a minimização: dos custos de combustível, da potência activa de perdas, da potência
reactiva de perdas, do ajuste de carga, do ajuste da reactância das linhas e da inserção das reac-
tâncias shunt e/ou baterias de condensadores.
São ainda propostas duas abordagens, que recorrem ao OPF, para efectuar a resolução do pro-
blema da compensação do factor de potência, em redes de distribuição de energia eléctrica. Em
cada abordagem, são inseridas baterias de condensadores comutáveis na rede, com o objectivo
de conduzir a uma redução dos custos de geração de energia eléctrica. Na primeira abordagem,
dimensionam-se as baterias de condensadores para o nível de carga mais elevado, enquanto na
segunda abordagem proposta, o valor e localização dos condensadores, tem em conta o conjunto
dos níveis de carga considerados para o qual se pretende efectuar o dimensionamento.
As duas abordagens apresentam resultados distintos para a potência reactiva das baterias de
condensadores adicionadas em cada barramento, bem como para a selecção dos escalões, que
devem estar em funcionamento em diferentes níveis de carga.
De forma a avaliar a qualidade das soluções efectua-se, uma avaliação técnico-económica para
diferentes níveis admissíveis de compensação do factor de potência, tendo em conta cenários de
carga considerados na óptica do planeamento.
É proposta uma metodologia, com o objectivo de obter a solução do problema em função dos
seguintes factores: orçamento disponível, nível de perdas considerado satisfatório, VAL e
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das cargas da rede.
As abordagens propostas são aplicadas à rede de distribuição de energia eléctrica de São Vicen-
te. São ainda efectuadas sensibilidades em relação à natureza da carga, mediante a variação da
sua . Verifica-se que os resultados obtidos são robustos e que a segunda abordagem é mais
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vantajosa.
Palavras-Chave: Trânsito optimizado de energia; Operação; Planeamento; Compensação
do factor de potência;

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Abstract
The objective of this work is to exploit the capabilities of using Optimal Power Flow (OPF), in
the context of electric power systems operation and planning. For this purpose, different objec-
tive functions are illustrated, amid others, minimization of: fuel costs, active power loss, reac-
tive power loss, load adjustment, branch reactance adjustment and the insertion of shunt reactors
and/or shunt capacitors.
This work also proposes two approaches that use OPF, for solving the problem of reactive pow-
er compensation, for electric distribution networks. In each one, switched shunt capacitors are
added to the network, in order to achieve a reduction of electricity generation costs. In the first
approach, the shunt capacitors sizing is done for the highest load level. In the second approach,
the value and location of shunt capacitors, takes into account all the load levels.
Both approaches provide different results for the reactive power of the shunt capacitors installed
on each bus, as well as for the selection of the steps that should be operated in different load
levels.
In order to evaluate the quality of the solutions, both a technical and economical evaluation for
different levels of reactive power compensation is done, bearing in mind typical load scenarios
usually considered when planning a network.
Finally it is also proposed a methodology to obtain the solution of the problem taking into ac-
count the following factors: available budget, acceptable level of power losses, NPV and
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of the load.
The approaches are applied to the electric distribution network of São Vicente. Sensitivities
concerning the nature of the network load are also carried out, by varying its . It is verified
tan(cid:4)
that the results obtained are robust and that the second approach is the most advantageous ap-
proach.
Keywords: Optimal Power Flow; Operation; Planning; Reactive Power Compensation.
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