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Previous issue date: 2012-11-09 / FAPEMA / Currently, there is growing concern about the Power Quality (PQ) problems due
to: introduction of automation in industrial processes, presence of personal computers and
electronically controlled devices, load equipments with low capacity to withstand small PQ
disturbances and increased perception of residential and industrial consumers with regard to
PQ disturbances. In this context, an important issue with relation to PQ is the voltage
conformity. That is, the adequacy of service voltage to the limits specified by regulatory
agencies. The concern about compliance is due to the following problems caused by sustained
undervoltages and overvoltages: improper or less-efficient equipment operation, tripping of
sensitive loads, overheating of induction motors due to undervoltages, equipment damage or
failure due to overvoltages and higher no-load losses in transformers caused by sustained
overvoltages. Furthermore, there have been various incentives for connection of Distributed
Generation (DG) in distribution networks due to: incentives for the using of electricity
generation based on renewable energy sources and free access of independent energy
producers to transmission and distribution networks owing to deregulation of the electric
sector.
In principle, the voltage profile of a distribution network can be improved with
connection of DG. However, it is possible to notice severe deteriorations in the voltage profile
of distribution networks in DG post-failure scenarios. These failures are caused by problems
in the DG components, such as: cooling system, gears, turbines, etc. During the time period in
which the DG is under repair, active and reactive power supports to correct the voltage profile
are unavailable. Consequently, the voltage profile tends to deteriorate while the DG is
disconnected. In this way, it is important to carry out studies to assess the impact of the DG
installation on the voltage conformity indices considering the following issues: DG
unavailability after an intrinsic failure and load curve. These aspects are subject to
uncertainties due its random nature. Due to this, the most suitable approaches to assess the
impact of uncertainties associated with load fluctuations and DG failures on the voltage
conformity indices are the probabilistic methods. The main advantage of these methods is its
capability to combine severity and probability to truly express the system risk.
The main objective of this dissertation is the development of a method that
models the random behavior of the distribution network in the voltage conformity indices
estimation through the probabilistic methods. Models and techniques to incorporate stochastic
variations in the demand and DG unavailability in voltage conformity indices estimation are
proposed. The technique proposed in this dissertation to carry a Predictive Assessment of
Voltage Conformity (PAVC) is based on the combination of the following techniques: power
flow for radial distribution networks via current summation method, Quasi-Sequential Monte
Carlo Simulation and Fourier analysis of time series.
The PAVC model proposed in this dissertation was tested in 32 buses system. The
results obtained with this system demonstrated that the DG has a great potential to improve
the voltage conformity indices in the distribution network. However, the most significant
improvements in the voltage conformity indices are associated with load points distant from
the substation. Furthermore, it can be observed that the uncertainties associated with DG
failures cause significant variations in the voltage conformity indices. Additionally, a
sensitivity study demonstrated that the voltage conformity indices are worse (better) for
systems where the load is modeled as constant power (impedance). / Atualmente há um interesse crescente com relação a problemas de Qualidade de
Energia Elétrica (QEE) devido a: introdução de automação em processos industriais; presença
de computadores pessoais e dispositivos controlados eletronicamente em instalações
residenciais; equipamentos de carga com baixa capacidade para suportar pequenos distúrbios
de qualidade de energia; e aumento da percepção dos consumidores industriais e residenciais
com relação a distúrbios de QEE. Neste contexto, um aspecto importante com relação a QEE
é a conformidade de tensão da rede de distribuição. Ou seja, a adequação da tensão de
atendimento aos limites especificados pelos órgãos reguladores. A preocupação com a
conformidade de tensão é devido aos seguintes problemas causados por subtensões e
sobretensões sustentadas: operação indevida ou com baixa eficiência dos equipamentos
elétricos dos consumidores; desligamento de cargas sensíveis; aquecimento de motores de
indução devido à subtensões; danos ou falhas em equipamentos devido à sobretensões e
aumento nas perdas em vazio nos transformadores causado pela presença de sobretensões
sustentadas. Além disso, tem havido diversos incentivos para conexão de Geração Distribuída
(GD) na rede de distribuição devido a: incentivo para utilização de sistemas de geração de
energia elétrica baseados em fontes de energia renováveis; e livre acesso dos produtores
independentes de energia às redes de transmissão e distribuição devido a desregulamentação
do setor elétrico.
Em princípio, o perfil de tensão de uma rede de distribuição pode ser melhorado
com a conexão da GD. Contudo é possível observar deteriorações severas no perfil de tensão
de redes de distribuição em cenários pós-falha da GD. Estas falhas são causadas por
problemas nos componentes da GD, tais como: sistema de refrigeração, engrenagens, turbina,
etc. Durante o período de tempo em que a GD está em reparo, o suporte de potência ativa e
reativa da GD, para corrigir o perfil de tensão, está indisponível. Consequentemente, o perfil
de tensão tende a se deteriorar enquanto a GD estiver desconectada. Desta forma, é
importante realizar estudos para avaliar o impacto da instalação da GD nos índices de
conformidade de tensão considerando os seguintes aspectos: indisponibilidade da GD após
uma falha intrínseca e a curva de carga. Estes aspectos estão sujeitos a incertezas devido a sua
natureza aleatória. Devido a isto, as técnicas mais adequadas para avaliar o impacto de
incertezas associadas com flutuações de carga e falhas na GD nos índices de conformidade de tensão são os métodos probabilísticos. A principal vantagem destes métodos é a sua
capacidade para combinar severidade e probabilidade para expressar verdadeiramente o risco
do sistema.
O principal objetivo desta dissertação é o desenvolvimento de um método que
modele o comportamento aleatório da rede de distribuição na estimação dos índices de
conformidade de tensão através de métodos probabilísticos. Modelos e técnicas para
incorporar variações estocásticas na demanda e a indisponibilidade da GD na estimação dos
índices de conformidade de tensão são propostos. A técnica proposta nesta dissertação para
realizar uma Avaliação Preditiva da Conformidade de Tensão (APCT) se baseia na
combinação das seguintes técnicas: fluxo de potência para redes de distribuição radiais via
método de soma de correntes; simulação Monte Carlo Quasi-Sequencial e análise de Fourier
de séries temporais.
O modelo de APCT proposto neste artigo foi testado em um sistema de 32 barras.
Os resultados obtidos neste sistema demonstraram que a GD tem um grande potencial para
melhorar os índices de conformidade de tensão na rede de distribuição. Contudo, as melhorias
mais significativas nos índices de conformidade estão associadas com os pontos de carga mais
distantes da subestação. Além disso, pode-se observar que as incertezas associadas com as
falhas na GD causam variações significativas nos índices de conformidade de tensão.
Adicionalmente, um estudo de sensibilidade demonstrou que os índices de conformidade de
tensão são piores (melhores) para sistemas onde a carga é modelada como potência
(impedância) constante.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede2:tede/1866 |
| Date | 09 November 2012 |
| Creators | VIEIRA, Carlos Henrique da Silva |
| Contributors | SILVA, Maria da Guia da |
| Publisher | Universidade Federal do Maranhão, PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET, UFMA, Brasil, DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFMA, instname:Universidade Federal do Maranhão, instacron:UFMA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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