tensão -física -têm -base 2

Gestão de Energia Reactiva
nas redes de Distribuição
Optimização do dimensionamento e
localização de baterias de condensadores
Cláudio Monteiro
Distribuição de Energia II
5º ano da LEEC - ramo de Energia (FEUP)
Gestão de Energia Reactiva
Influência do trânsito de reactiva nas perdas e na queda de tensão
 O trânsito de reactiva implica um acréscimo no
módulo da corrente provocando perdas de activa
proporcionalmente à resistência
RI  R( I cos  )  R( I sin  )


2
2
activa
Perdas na linha, depende da componente
activa e reactiva da carga, mas não depende
directamente da reactância.
2
reactiva
 As cargas reactivas implicam quedas de tensão nas
linhas, especialmente devido às reactâncias das
linhas.
VR  R(
I cos
 )  X (
I sin
)


activa
reactiva
Componente real da queda de tensão na
linha (a mais significativa) depende da
componente reactiva e da rectancia
Gestão de Energia Reactiva
Aspectos relacionados com o trânsito de reactiva
 O consumo de reactiva está em cargas indutivas
(motores assíncronos) e em linhas aéreas.
 A produção de reactiva está nos geradores
síncronos, em baterias de condensadores e em
cabos de distribuição
 Optimizar o trânsito de reactiva permite optimizar
as perdas e optimizar o nível de tensão
 mas ... regular a tensão nos barramentos poderá
forçar trânsitos de reactiva no sentido inverso ao
trânsito de activa e aumentar as perdas
Gestão de Energia Reactiva
Recomendações quanto ao trânsito de reactiva

Deverá produzir-se a reactiva o mais próximo possível dos
consumos de reactiva.

A produção de reactiva não deve ser superior ao consumo,
pelo que deve ter-se em conta o diagrama de consumo de
reactiva, de forma a manter um factor de potência aceitável
para todo o diagrama

Para evitar quedas de tensão e perdas deve evitar-se o
transito de reactiva através dos transformadores (mas ter
em conta a variação do preço das baterias com o nível de
tensão)

Para cargas modelizadas como potência, tensões mais
elevadas implicam menores correntes e menores perdas,
mas na realidade tensões mais elevadas implicam
geralmente cargas activas e reactivas mais elevadas
(cuidado com a modelização de cargas num trânsito de
potências)
Gestão de Energia Reactiva
Vantagens das baterias de condensadores
 Permitem gerar a energia reactiva próxima
dos consumos evitando trânsitos e perdas
 Aliviam as capacidades de transporte das
linhas e capacidade de geração dos
geradores
 Permitem controlar o nível de tensão nos
barramentos.
Gestão de Energia Reactiva
Correcção do factor de potência
P
P
Q2=Q1-Qc
2
1
Q1
carga
IL
IC 
Q2
QC  3 VL L  I L
IC 
IL
3
QC
3  VL  L
Q1
Qc
IL=IC
Q1  S1 sin 1
QC  Q1  P  tg2



Q2
S2
S1
Qc
P1  S1 cos 1
P
XC 
VL  L
IC
menor
capacidade
IC 
C
QC
3 VL  L
1
2  f  X C
XC 
VL  N
IC
maior
capacidade
Gestão de Energia Reactiva
Redução de perdas
Redução de perdas num troço da rede devido à introdução de uma
bateria de condensadores Com redução de perdas
R1+jX1
I2
R2+jX2
Qc
antes
R4+jX4
P3+jQ3
2
sin 2,3, 4 
depois
RI 2  R  I cos    R  I sin   I c 
2
2
Q2  Q3  Q4
P2  P3  P4 2  Q2  Q3  Q4 2
Factor de potência desejado
R  R2
4
Diminuição de perdas

p  R  2  I  I c sin   I c
2

P4+jQ4
EXEMPLO: Diminuição de perdas no troço 2
RI 2  R  I cos    R  I sin  
2
R3+jX3
P2+jQ2
Ic
P1+jQ1
Sem redução de perdas

QC
IC 
 i 1
3 V
I  I2 
4
Qi   Pi  tg
i 1
3 V
Tensão
nominal
P2  P3  P4 2  Q2  Q3  Q4 2
3 V
Gestão de Energia Reactiva
Processo de optimização da localização de baterias
 Calcular a capacidade da bateria de condensadores
para compensar todas as cargas da saída
 Avaliar a diminuição de perdas para a localização da
bateria em vários pontos da saída
 Começar por colocar em torno da zona de distância
aproximadamente a 2/3 da saída
 Calcular, pelo método da página anterior, a redução
de perdas em cada troço a montante da localização
da bateria
 Verificar o perfil de tensão ao logo da saída
 Se estiver baixo, deslocar a bateria mais para jusante
ou aumentar a capacidade da bateria
 Se estiver alta baixar a capacidade da bateria
 Se estiver alta em alguns locais e baixa noutros,
colocar várias mais baterias distribuídas pela saida
 Uma análise mais detalhada pode ser feita para vários
regimes de carga
Gestão de Energia Reactiva
Optimização da localização para cargas uniformemente distribuidas
Considere uma saída com carga uniformemente distribuída em que
todos os troços tem a mesma resistência R.
xc
Is
8
8
I s   Ii 
i 1
Q
i 1
Ic
P2+jQ2
P5+jQ5
Qc
i
3 V
P7+jQ7
Ic
I f  I8 
8
A redução de perdas é dada por:
3cxc
2  xc   xc   c
p% 
2
1   




8
8
 p
 p
 i 1  antes  i 1  depois
p % 
 8 
 p
 i 1  antes

c
If
Is
Ic
Is

QC
IC 
 i 1
3 V
Q8
3 V
8
Qi   Pi  tg
i 1
3 V
Supondo If=0 e uma
compensação do factor de
potência para c=2/3, então a
localização óptima será xc=2/3
Gestão de Energia Reactiva
Processo de optimização da localização de baterias

Calcular a corrente reactiva Ic da bateria de condensadores
para compensar todas as cargas da saída com o factor de
potência desejado

Calcular o quociente  entre a corrente reactiva no final da
saída If e a corrente reactiva no início da saída Is.

Calcular o quociente c entre a corrente reactiva da bateria
Ic e a corrente reactiva no início da saída Is.

Calcular a expressão da redução de perdas percentual Δp%

Derivar Δp% em ordem ao comprimento xc e encontrar a
solução para a qual Δp%=0. Ou seja, encontrar o local xc,
para o condensador, que maximiza a redução de perdas.

Calcular a redução de perdas Δp% substituindo xc na
equação.