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Type: Dissertação
Title: Alocação de Capacitores em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica: uma Abordagem Baseada em Fluxo de Potência Trifásico Probabilístico Ótimo
Author: Martins, Antônio Sobrinho Campolina
First Advisor: Araujo, Leandro Ramos de
Co-Advisor: Araujo, Débora Rosana Ribeiro Penido
Referee Member: Carrano, Eduardo Gontijo
Referee Member: Dias, Bruno Henriques
Resumo: O Fluxo de Potência é uma ferramenta vital para análise de sistemas de potência, seja por proporcionar a determinação dos mais diversos parâmetros elétricos em regime permanente, seja por subsidiar outros estudos, como o fluxo continuado ou análise de estabilidade. Sua formulação tradicional requer que sejam informadas variáveis de entrada determinísticas, como as que representam as configurações de geração e carga de determinada topologia. Entretanto, analisar o comportamento de um sistema sob uma perspectiva única apenas avalia uma condição específica de operação – o que não necessariamente traduz a realidade. Caso tal conjectura limitada seja empregada em estudos de planejamento de curto prazo, importantes erros podem ser provocados devido à discrepância entre as variáveis consideradas e aquelas manifestadas na prática. Buscando melhorar essas avaliações, o presente trabalho procura desenvolver e solucionar um problema de Fluxo de Potência Ótimo que apresenta uma formulação multi-cenário por meio do Fluxo de Potência Probabilístico, no qual a demanda do sistema passa a ser representada por uma variável aleatória. Para modelar os diversos cenários, é aplicada uma técnica de agrupamentos chamada K-Means. Buscam-se o posicionamento e dimensionamento ótimos de capacitores fixos e chaveados em sistemas de distribuição desequilibrados, considerando um horizonte de planejamento diário. Para isso, é proposta uma estrutura de otimização que trata de maneira individual cada uma das horas do dia, em uma abordagem que mistura técnicas clássicas e técnicas evolutivas. É alvo de otimização, também, a determinação da estratégia de chaveamento dos capacitores chaveados para cada hora do dia, com o intuito de minimizar o valor esperado das perdas totais diárias e evitar violações de tensão em cenários limítrofes, tendo como referência os valores ditos como aceitáveis de acordo com o Módulo 8 dos Procedimentos de Distribuição. Para aplicar o método proposto, foram feitos testes em topologias desequilibradas: IEEE 13, IEEE 37 e IEEE 123. Em todos os casos, foram constatadas melhoras em relação à energia total perdida e ao perfil de tensão. Além disso, foram levantadas comparações acerca da técnica de Fluxo de Potência Probabilístico desenvolvida, confrontando-a com o tradicional Método de Monte Carlo, possibilitando conclusões a respeito da precisão estatística do método e de seu desempenho computacional favorável.
Abstract: The Power Flow is a vital tool for power systems analysis, either because it provides the determination of the most diverse electrical parameters in steady state, or because it supports other studies, such as continuous power flow or stability analysis. Its traditional formulation requires deterministic input variables, such as those that represent the generation and load configurations of a given topology. However, analyzing the behavior of a system from a single perspective only assesses a specific operating condition – which does not necessarily reflect the reality. If such limited conjecture is used in planning studies, important errors can be caused due to the discrepancy between the considered input variables and those verified in practice. Seeking to improve these evaluations, the present work proposesthe development of an Optimal Power Flow problem that takes into account a multi-scenario formulation through the Probabilistic Power Flow, in which the demand is represented by a random variable. To model the different scenarios, a clustering technique called K-Means is applied. Optimal positioning and sizing of fixed and switched capacitors in unbalanced distribution systems is sought, considering a daily planning horizon. For this, an optimization framework is developed that deals with each hour of the day individually, in an approach that mixes classical and evolutionary techniques. The determination of the optimal switching strategy of the switched capacitors for each hour of the day is also targeted for optimization, to minimize the expected value of total daily losses and avoid voltage violations in critical scenarios, according to Brazilian standards. To apply the proposed method, tests were carried out in unbalanced topologies: IEEE 13, IEEE 37 and IEEE 123. In all simulations, improvements were found in relation to the total lost energy and the voltage profile. Furthermore, comparisons of the Probabilistic Power Flow technique developed with the traditional Monte Carlo Method were raised, through which conclusions were provided about the statistical precision of the method and its favorable computational performance.
Keywords: Fluxo de Potência Ótimo
Fluxo de Potência Probabilístico
Alocação de Capacitores
Sistemas Desequilibrados
Optimal Power Flow
Probabilistic Power Flow
Capacitor Allocation
Unbalanced Systems
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
DOI: https://doi.org/10.34019/ufjf/di/2022/00107
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/14136
Issue Date: 7-Mar-2022
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