Função Energia aplicada ao estudo de estabilidade de tensão e definição do perfil de vulnerabilidade de um Sistema Elétrico de Potência.

Abstract

Métodos diretos baseados em função energia para análise de estabilidade de tensão têm o objetivo de quantificar a vulnerabilidade de um sistema elétrico de potência quanto à instabilidade de tensão e colapso. O termo instabilidade de tensão descreve a situação na qual as magnitudes de tensão nas barras do sistema elétrico variam significativamente da faixa de operação aceitável. Tal condição pode ser provocada, por exemplo, por mudanças no sistema ou aumento progressivo nas cargas. Se, finalmente, as magnitudes de tensão decaem de forma abrupta e descontrolada em uma área do sistema, o termo colapso de tensão se aplica. A metodologia de função energia para análise de estabilidade de tensão é dependente das soluções das equações que descrevem o problema de fluxo de potência; não apenas da solução usual (ponto de operação do sistema de potência), como também de soluções alternativas particulares, que apresentam baixa magnitude de tensão em uma barra ou grupo conectado de barras (soluções de baixa tensão). As soluções de baixa tensão são de importância fundamental no processo de colapso de tensão, uma vez que este está associado à ocorrência de uma bifurcação local entre a solução operativa do fluxo de potência e uma solução de baixa tensão. Neste trabalho, investigamos dois aspectos principais da metodologia de função energia para análise de estabilidade de tensão. Primeiramente, o problema de identificação da solução de baixa tensão que bifurca com a solução operativa no ponto de colapso (solução de baixa tensão crítica) é discutido. Com este objetivo, é examinada a habilidade do método do vetor tangente em apontar corretamente a solução de baixa tensão crítica. Mostramos que a técnica é consistente com o mecanismo das soluções de baixa tensão. Ademais, uma nova metodologia para o cálculo do vetor tangente é proposta, que permite antecipar a determinação da solução de baixa tensão crítica relativamente ao método tradicional. O segundo aspecto tratado é o problema de definição do grupo de soluções de baixa tensão de interesse para a análise de estabilidade. Para grandes sistemas não é viável calcular todas as soluções de baixa tensão, sobretudo num ambiente de tempo real. Assim, determinar as soluções de baixa tensão relacionadas, em particular, à área crítica do sistema é uma necessidade da abordagem de função energia. Mostramos que o uso combinado da metodologia de soluções de baixa tensão e da técnica do vetor tangente fornece bons resultados quanto à determinação da área vulnerável do sistema nos pontos iniciais do processo de carregamento do mesmo. Além dos estudos realizados a cerca dos problemas conceituais que envolvem as soluções de baixa tensão, este trabalho propõe função auxiliar para a definição do perfil de vulnerabilidade de um sistema elétrico. O cálculo de vulnerabilidade á realizado para o caso base, e atribui a cada barra do sistema um valor escalar (nível de vulnerabilidade). A partir dos níveis de vulnerabilidade associados, as barras podem ser agrupadas em regiões de maior e menor vulnerabilidade. A medida de vulnerabilidade de todas as barras é dependente da solução usual do fluxo de potência e de uma única solução de baixa tensão, que é determinada com o auxílio da técnica do vetor tangente. Ressaltamos que a metodologia da função auxiliar apresenta restrições, pois mostrou bons resultados apenas para sistemas pequenos (por exemplo, IEEE-14, IEEE-30 e IEEE-57 barras).