operação e controle de dispositivos de um sistema de transmissão

OPERAÇÃO E CONTROLE DE DISPOSITIVOS DE UM SISTEMA DE
TRANSMISSÃO UTILIZANDO LÓGICA FUZZY (1)
Djonathan Luis Fassbinder (2), Ana Paula Carboni de Mello (3)
(1)
Trabalho executado no Grupo de Energia e Sistemas Elétricos de Potência (GESEP);
Estudante; Universidade Federal do Pampa; Alegrete, RS; [email protected];
(3)
Orientador; Universidade Federal do Pampa;
(2)
RESUMO: O trabalho propõe o desenvolvimento de uma metodologia para o gerenciamento dos dispositivos de um sistema
de transmissão de energia elétrica. Entre os principais recursos explorados na metodologia estão o controle Volt-VAr, o qual
consiste no gerenciamento de dispositivos de controle de tensão e de fontes de potência reativa, alocadas no interior das
subestações de transmissão. Os resultados são obtidos para o sistema teste IEEE 30 barras, aplicando um sistema de
controle baseado em lógica fuzzy, que irá comparar a efetividade de cada equipamento da rede de transmissão e decidirá a
melhor ação de correção a ser implementada no sistema. Com isso, é possível melhorar a regulação dos níveis de tensão
atendendo aos padrões estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica.
Palavras-Chave: controle de tensão, lógica fuzzy, Volt/VAr.
INTRODUÇÃO
As linhas de transmissão são cabos condutores suspensos em torres utilizados para o transporte de
energia elétrica das usinas geradoras até grandes consumidores ou distribuidoras de energia. Os excessos
de reativos nas redes de transmissão são ocasionados pela inserção de grandes centros consumidores no
sistema de característica industrial. O aumento de corrente devido ao excesso de reativo das linhas de
transmissão faz com que ocorra uma queda de tensão acentuada, pois as perdas são proporcionais ao
quadrado da corrente total do sistema.
Para a elevação e regulação desta tensão para os padrões estabelecidos utiliza-se dispositivos
reguladores de tensão nas subestações tais como, banco de capacitores, reatores, compensadores
estáticos ou síncronos e o transformador com comutação de tap sob carga (Load Tap Change, LTC). Além
do controle de tensão, alguns destes dispositivos também podem realizar o controle de potência reativa. A
inserção de Geração Distribuída (GD) no sistema de transmissão resulta na redução adicional da carga,
melhorando o perfil de tensão no local onde é instalada (RUEDA, 2012).
Dessa forma, este trabalho tem por objetivo desenvolver uma metodologia utilizando a lógica fuzzy
para o gerenciamento dos equipamentos de controle Volt/VAr, para manter a tensão em níveis adequados,
melhorando o aproveitamento dos recursos de geração e a capacidade de trasmissão de energia do
sistema.
METODOLOGIA
Para a implementação da metodologia foi utilizado o toolbox Fuzzy Logic do software de simulação
MATLAB®. A implementação da lógica difusa para o gerenciamento dos equipamentos elétricos é composta
por vinte e cinto regras baseadas nos trabalhos de Miranda et. al (2007) e Bremermann (2008).
O controlador fuzzy (C1), possui como variáveis de entrada os parâmetros: eficiência de regulação de
tensão dos equipamentos e status de TAP. A saída do C1 gera um sinal de controle, que será utilizado
como variável de entrada do segundo controlador (C2), assim como a tensão de violação nos nós da rede.
Esses dois controladores tem por objetivo definir a melhor ação de controle de tensão a ser implementada
no sistema que pode ser observada na Figura 1.
Figura 1 - Conjunto de Controladores.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa
Inicialmente, o controle fuzzy irá agir na barra mais prejudicada em relação aos níveis de tensão
estabelecidos, a eficiência mencionada anteriormente depende de cada dispositivo e da sua localização no
sistema, onde seu respectivo impacto será diferente. A ação preferível, será aquela que elevar a tensão ao
valor nominal, sem que haja a violação dos limites dos dispositivos Volt/VAr dispostos no sistema.
O controlador tem por função testar cada dispositivo alocado no sistema, calculando o fluxo de potência
para todas as possibilidades de ajustes dos equipamentos, armazenando os valores de tensão para cada
posição de ajuste verificada, definindo a eficiência de cada equipamento para a regulação de tensão.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para análise dos resultados do controle de tensão foi utilizado o método de fluxo de potência NewtonRaphson no sistema teste IEEE 30 barras. Os limites de tensões estabelecidos são de 5% para sobretensão e
de 7% para subtensão. A Figura 2 mostra os níveis de tensão, antes e após a implementação da metodologia.
Tensão (p.u.)
Níveis de Tensão no Sistema IEEE 30 Barras
1.1
1.05
1
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
lim.
sup.
lim.
inf.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
Barras
Tensão Antes do Controlador
Tensão Após o Controlador
Figura 2 - Comparação da efetividade do controlador sob o sistema IEEE 30 barras.
Fonte: Elaborado pelo autor.
Antes da aplicação do controlador fuzzy o sistema possuía violação do limite inferior de tensão em
várias barras, conforme pode ser observado na Figura 2. Assim, com o objetivo de atender os níveis de
tensão, o controlador fuzzy atuou no ajuste do LTC, banco de capacitores e na potência injetada pela GD.
CONCLUSÕES
De acordo com os resultados obtidos, pode-se comprovar a eficácia do controlador atuando sob o
sistema teste, realizando a ação conjunta dos equipamentos, no qual o dispositivo com a maior eficiência
sobre os outros irá atuar para a correção de violação de tensão na barra. Por conseguinte evitando que os
dispositivos funcionem fora de condições nominais assim sendo possível reduzir as perdas de energia do
sistema, melhorando a distribuição do fluxo de potência nas linhas e consequentemente reduzindo os
custos de expansão de geração e de substituição de equipamentos.
REFERÊNCIAS
BREMERMAMN, L. Controle Volt/VAr em Sistemas de Distribuição. 2008. 108 f. Dissertação (Mestrado) Curso de Engenharia Elétrica, Pós-Graduação, Pontifícia Universidade Católica, Porto Alegre, 2008.
MIRANDA, V.; MOREIRA, A.; PEREIRA, J. An Improved Fuzzy Inference System for Voltage/VAR Control.
IEEE Transactions on Power Systems, 20(4). 2013-2020, 2007.
RUEDA, A. C. Valoração de serviços ancilares de geradores distribuídos. 2012. 169 f. Tese (Doutorado em
Engenharia Elétrica) - Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - UNESP, Ilha Solteira,
2012.
Anais do VII Salão Internacional de Ensino, Pesquisa e Extensão – Universidade Federal do Pampa