SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO TECNOLÓGICO - ITEC FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Disciplina: Análise de Sistemas de Energia I Simulações no Power World
DIORGE DE SOUZA LIMA – 1013400618 1013400618
BELÉM – PARÁ PARÁ 2013
SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO TECNOLÓGICO - ITEC FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Disciplina: Análise de Sistemas de Energia I Simulações no Power World
O
presente
trabalho
apresentado ao professor Prof. Dr. Ubiratan
Holanda
complemento
de
Bezerra avaliação
como da
disciplina de Análise de Sistemas de Energia I.
BELÉM – PARÁ 2013
DESENVOLVIMENTO
1. Execute um estudo de fluxo de potência para entender as cargas definidas na Tabela 2. Ajuste este caso de modo que todas as tensões não ultrapasse os limites recomendados de 0,95 pu ≤ V ≤ 1,05 pu, e que não existam sobrecargas
nas linhas e transformadores. Considere este estudo como sendo o caso base. Para o caso base, montou-se o esquema demonstrado pela Figura (1) onde é possível perceber que o o fluxo de corrente nas linhas de transmissão são aceitáveis e dentro do limite pré-estabelicido. O transformador situado entre as barras 4 e 10 encontra-se perto do limite de carga, porém ainda dentro do estipulado inicialmente.
Figura 1. Fluxo de carga Caso base em condições nominais de operação.
Para justificar que as linhas de transmissão estão em tensões aceitáveis, na Figura (2) é demonstrado os limites de tensões nas barras. É possível observar que os valores limites das tensões são 0,95 pu ≤ V ≤ 1,05 pu , não podendo sair desse intervalo, caso aconteça é proposto alguma iniciativa para corrigir o problema ou menizar a falta.
Figura 2. Resultado do fluxo de carga do caso base.
Porém o gerador da barra 1, encontra-se fora da realidade de operação, para isso deve-se diminuir a tensão de fornecimento na barra 1, com isso sendo possível um fornecimento de reativo no sistema mais real, de acordo com as características da máquina. a Figura 3 mostra o caso base ajustado.
Figura 3. Fluxo de carga Caso base em condições nominais de operação com o caso base ajustado.
A Figura (4), mostra os níveis de tensão no sistema após ajustar o caso base para um fornecimento dentro do estipulado pela máquina.
Figura 4 Resultado do fluxo de carga do caso base ajustado.
2. A partir do caso base simule as seguintes contingências. Caso as soluções obtidas com as contingências não atendam aos limites operacionais com relação ás tensões, e/ou os carregamentos de linhas, transformadores e geradores, implemente as medidas necessárias para tornar a solução segura, e execute um novo estudo de fluxo de potência com essas medidas implementadas.
(a) Contingência 1: Desligamento simultâneo das linhas (2-3) e (3-6).
Para este tipo de contingência é considerado como um curto circuito na linha de transmissão, ou seja, o desligamento temporário, sendo necessário tomar uma iniciativa o mais rápido possível e com o menor custo. A Figura (5), demonstra que para a contingência 1 as linhas de transmissão da barra 4 para 10 e principalmente da barra 4 para 3 encontram-se com capacidade excedida, sendo 101% e 140% respectivamente, devendo assim ser tomada uma iniciativa tentando solucionar o problema de sobrecarga da rede.
Figura 5. Fluxo de carga após a contingência 1.
A Figura (6) demonstra que para a contingência 1 a barra 3 e a 9 encontra-se abaixo do limite de tensão esperado. Assim, deve-se tomar iniciativas para tentando elevar a tensão nessas barras para o limite estabelecido no início do projeto.
Figura 6. Resultado do fluxo de carga após a contingência 1.
Caso a geração na barra (11) seja aumentada, a linha de transmissão entre a barra (10) e a (4) conduzirá com maior folga de operação, porém não resolverá o problema na linha de transmissão que entre a Barra (3) e a (4), pois a mesma continuará operando em sobrecarga com valores inferiores de tensões limites estipuladas. Para solucionar o problema citado anteriormente e considerando-o como curtos nas linhas de transmissão é proposto como solução diminuir cerca de 35% na carga localizada na barra (3) e 50% na barra (9). Assim, com a diminuição da carga na barra (3) para 110 MW e 80 MVAr, na barra (9) para 40 MW e 25 MVAr e o amento de 10% no gerador na Barra (11), haverá uma diminuição de fluxo de potência na linha de transmissão entre a Barra (3) e (4) e também entre a Barra (10) e (4). A Figura (7), demonstra o circuito após a contingência 1 e os ajustes esperados para a estabilidade do sistema.
Figura 7. Fluxo de carga para o problema solucionado na contingência 1.
A Figura (8) justifica que com as alterações realizadas anteriormente o problema das tensões foram resolvidos obedecendo a capacidade de operação das linhas de transmissão.
Figura 8. Resultado do fluxo de carga para a solução da contingência 1.
(b) Contingência 2: Desligamento na barra 10.
Considerando que seja um problema semelhante ao anterior, ao realizar o desligamento inesperado da linha de transmissão que liga a geração fornecida pela barra (10), haverá um grande carregamento em outras linhas de transmissão. A Figura (9) mostra o comportamento do sistema após o desligamento do gerador.
Figura 9. Fluxo de carga após a contingência 2.
A Figura (8) mostra que s barras 3, 4, 6, 8 e 9 estão com níveis de tensão abaixo do esperado, sendo necessária uma iniciativa imediata para equilibrar o sistema. Assim, para o problema não é aconselhável elevar a geração, pois todas as linhas de transmissão que estão ligadas diretamente aos geradores da barra (1) e da barra (11) já encontram-se em estado crítico de operação, sendo quase todas com a capacidade de condução atingidas.
Figura 10. Resultado do fluxo de carga após a contingência 2.
Dessa maneira, a solução é realizar cortes de cargas nas barras 3, 6, 8 e 9. Agora o valor adotado na barra 3 será 80 MW e 60 MVAr, na barra 6 será 95 MW e 60 MVAr, na barra 8 será 100 MW e 80 MVAr e na barra 9 será 40 MW e 25 MVAr.
Figura 11. Fluxo de carga para o problema solucionado na contingência 2.
A Figura (10) justifica que com as alterações realizadas anteriormente o problema das tensões foram resolvidos obedecendo a capacidade de operação das linhas de transmissão.
Figura 12. Resultado do fluxo de carga para a solução da contingência 2.
Contingência 3: Desligamento simultâneos das linhas (3-4);(3-6); (2-6); (6-8); (8-9). Considerando que seja um problema semelhante de falta, ao realizar o desligamento nas linhas citadas anteriormente. A Figura (13) mostra o comportamento do sistema após a contingência 3. (c)
Figura 13. Fluxo de carga após a contingência 3.
A Figura (14) mostra que a barra (6) encontra-se com níveis de tensão abaixo do estipulado, sendo necessária uma iniciativa imediata para equilibrar o sistema.
Figura 14. Resultado do fluxo de carga após a contingência 3.
Para solucionar o problema inesperado de falta, foi necessário o corte de carga na barra (6), agora com valores de 110 MW e 70 MVAr. Após a redução, a tensão atingirá valores dentro dos limites.
Figura 15. Fluxo de carga para o problema solucionado na contingência 3.
A Figura (16) mostra que após as iniciativas e decisões tomadas anteriormente o problema é realmente solucionado com o corte de carga na barra (6).
Figura 16. Resultado do fluxo de carga para a solução da contingência 3.
(d) Contingência 4: Aumento de 50% na carga ativa e reativa e reativa da barra (9).
A Figura (17) mostra que ao aumentar a 50% da carga ativa e reativa na barra (9) haverá um aumento na condução das linhas de transmissão que fornece potência a carga na barra. Mesmo com esse aumento na carga não será necessária uma iniciativa para suprir essa necessidade, já que os limites de operação das linhas de transmissão estão todas dentro dos valores estipulados.
Figura 17. Fluxo de carga após a contingência 4.
A Figura (18) mostra que para a contingência 4 não será nenhuma iniciativa a ser tomado já que o sistema irá suportar tranquilamente esse aumento de carga.
Figura 18. Resultado do fluxo de carga após a contingência 4.
3. Supondo que a partir da subestação 3 será construída uma nova linha de transmissão de 80 km para atender uma nova subestação com carga prevista de 100 MW e 30 MVAr, projete esta nova linha e execute um novo estudo de fluxo de carga e ajuste a solução encontrada, se necessário, para obter uma solução segura. Inicialmente, é necessário saber os valores da impedância da linha de transmissão e a capacidade suportada pela mesma, para isso demonstra-se abaixo os cálculos para essas obtenções. 2
S P
Q
2
1002
30
2
104,403 MVA
(1)
A partir da potência aparente calculada, será possível o cálculo da corrente que irá circular pela linha de transmissão, lembrando que para o projeto será adotado uma folga de 30% de corrente na linha de transmissão. I
S V
104,403 10 3
6
138 10 I P I 1.30 983,5 A
756,544 A
(2)
A figura (19), mostra as características das linhas de transmissão dependendo de sua capacidade de condução. Para o projeto deste trabalho, foi escolhido o condutor Arbutos que poderá conduzir a corrente estabelecida com folga de 30%.
Figura 19. Tabela com características dos condutores a partir de sua capacidade de condução.
Assim, a partir da corrente de projeto e da impedância base, será possível o cálculo da resistência, impedância e da susceptância, como demonstrados abaixo.
Z BASE
V BASE I
138 10 983 ,5
3
140 ,315
(3)
Os valores fornecidos pela tabela são em ( / Km ), deve-se passar para (pu), para então poder aplicar as características no programa. R( pu )
X ( pu )
B( pu)
0.0882 80
140 ,315
0.3472 80 140 ,315 0.2072 80 140 ,315
0,05028
0,19795
0,11813
(4) (5) (6)
Cálculo da capacidade de condução da linha de transmissão: S CAPACIDADE V BASE I P 138 10
3
983,5 135,75 MVA
(7)
A Figura (20) demonstra o sistema após inserir a carga na barra 12, sendo que a mesma está ligada a barra 3.
Figura 20. Fluxo de Carga para uma nova carga na barra 12.
Com a inserção da nova carga na barra 12, é possível observar que o sistema apresentará uma tensão abaixo dos limites pré estabelecidos, assim deve-se tomar iniciativas tentando solucionar o problema.
Figura 21. Resultado do fluxo de carga após a carga na barra 12.
Para a solução do problema citado anteriormente, a única solução é a instalação de banco de capacitores, já que os níveis de tensão encontram-se abaixo do estabelecido.
Figura 22. Fluxo de Carga para o problema 3 solucionado.
A partir da figura (23) é possível observar que o sistema encontra-se dentro dos valores esperados a partir da inserção de um banco de capacitores permitindo o fornecimento de 36,2 MVAr a barra 12.
Figura 23. Resultado do fluxo de carga após a inserção do banco de capacitores na barra 12.
CONCLUSÃO
A partir de todos os dados obtidos nas simulações anteriormente demonstradas, é possível observar que é válida a utilização do Software comercial PowerWorld para o estudo de casos nos sistema de distribuição de energia. Sabe-se que o sistema interligado apresenta vantagens e desvantagens, porém é perceptível que o sistema interligado é mais fácil obter a estabilidade do sistema, pois caso haja falta de gerador, outro pode tentar suprir a necessidade da geração. Porém, as iniciativas frequentemente utilizadas nesse trabalho foi o corte de cargas, isso quando as linhas de transmissão não suportavam mais o fluxo de carga.
