Gestão de Energia Reactiva nas redes de Distribuição

1. 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)

2. 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 • As cargas reactivas implicam quedas de tensão nas linhas, especialmente devido às reactâncias das linhas. Perdas na linha, depende da componente activa e reactiva da carga, mas não depende directamente da reactância. Componente real da queda de tensão na linha (a mais significativa) depende da componente reactiva e da rectancia

3. 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

4. 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)

5. 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.

6. Gestão de Energia Reactiva Correcção do factor de potência P P P 2 Q2 1 S2 Q2=Q1-Qc Q1 carga Q1 S1 Qc Qc IL IL=IC menor capacidade maior capacidade

7. 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 Sem redução de perdas I2 R1+jX1 R2+jX2 R3+jX3 R4+jX4 P2+jQ2 Ic P3+jQ3 P4+jQ4 P1+jQ1 Qc antes EXEMPLO: Diminuição de perdas no troço 2 depois Factor de potência desejado Diminuição de perdas Tensão nominal

8. 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

9. 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. Ic P2+jQ2 P5+jQ5 P7+jQ7 Qc Ic A redução de perdas é dada por: Supondo If=0 e uma compensação do factor de potência para c=2/3, então alocalização óptima será xc=2/3

10. 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.