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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 tg2 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.
