21 a 25 de Agosto de 2006Belo Horizonte - MG

Aplicativo para Previsão de Cargas (24 horários) e Planejamento de Compensação Reativa em Redes de Distribuição (fator de potência desejado x limites de investimentos)

Eng. Álvaro Antônio de Oliveira Telles Eng. Edson Akira Ushimaru CTEEP AES Eletropaulo

aaoliveira@cteep.com.br edson.akira@aes.com

RESUMO

O sistema elétrico da AES Eletropaulo divide-se em 2 grandes subsistemas: o de Subtransmissão, que opera nas tensões de 88 e 138 kV e o de Distribuição, nas de 3.8, 13.8, 20, 23 e 34.5 kV. São utilizados 2 aplicativos computacionais para cálculo das previsões de cargas relacionadas a estes subsistemas: • SPR – Sistema de Previsão de Reativos: elabora as previsões de demanda ativa e reativa (24hs) no

lado de alta tensão (88 / 138 kV) das ETDs (Estações Transformadoras de Distribuição), que alimentam os circuitos primários de distribuição (3.8, 13.8, 20, 23 e 34.5 kV), indicando os montantes de compensação reativa a serem instalados nestes circuitos, ao longo do horizonte de planejamento, conforme fatores de potência desejados e limites de investimentos estabelecidos;

• SIPC - Sistema Integrado de Previsão de Cargas: elabora as previsões de demanda ativa e reativa

(24hs) no lado de baixa tensão das subestações da empresa supridora (CTEEP). Dentre os seus insumos estão as previsões de demanda das estações elaboradas pelo SPR.

O presente trabalho descreve o algoritmo desenvolvido e os resultados obtidos com a utilização do SPR como ferramenta de cálculo das previsões das curvas de demanda ativa e reativa das ETDs e de planejamento de compensação reativa na rede de distribuição. O SPR mostrou-se uma ferramenta de simulação bem versátil (montagem de cenários variando fator de potência desejado e níveis de investimentos) para o planejamento de compensação reativa na rede de distribuição. Trouxe também um incremento significativo de qualidade nas previsões de cargas ao introduzir o conceito de curva de carga (24 horários), anteriormente elaboradas para 3 patamares. PALAVRAS-CHAVE

Banco de Capacitores, Curva de Carga, Fator de Potência, Previsão de Carga, Previsão de Reativos. 1 / 12

1. INTRODUÇÃO A AES Eletropaulo, com uma participação significativa no mercado de distribuição de energia elétrica do País, está sempre buscando novas tecnologias para aperfeiçoamento dos métodos utilizados no processo de previsão de cargas. Em 2002, foi desenvolvido o SIPC (Sistema Integrado de Previsão de Cargas), que elabora as previsões de demanda ativa e reativa no lado de baixa tensão das subestações da empresa supridora (CTEEP). Em 2004/2005, dentro deste processo de contínuo aperfeiçoamento, foi desenvolvido, em substituição ao existente, um novo aplicativo computacional para aprimorar os métodos de cálculos das previsões de demanda ativa e reativa das ETDs e facilitar o planejamento de compensação reativa dos circuitos primários de distribuição. Este aplicativo, denominado SPR (Sistema de Previsão de Reativos), permite o exercício de várias simulações, onde são considerados os seguintes aspectos: • Previsão de Cargas:

- Perfis típicos das curvas de demanda ativa e de fator de potência para cada ETD; - Aplicação de fatores de sazonalidade das ETDs para refletir as previsões à época desejada; - Taxas de crescimento das cargas dos circuitos de distribuição para o período de planejamento; - Manobras (chaveamentos) de cargas entre as ETDs ao longo do período de planejamento; - Acréscimos / decréscimos grandes consumidores ao longo do período de planejamento.

• Planejamento de Compensação Reativa:

- Montante de capacitores em operação e fora de operação na rede de distribuição; - Montante de capacitores remanejados entre ETDs devido às manobras; - Configuração da estações (TRs e BCA de barra) para cálculo da respectiva perda reativa; - Evolução anual dos fatores de potência desejados ao longo do período de planejamento; - Opção de “recuperação” dos capacitores instalados na rede, mas inoperantes; - Opção de “reaproveitamento” de capacitores da rede no caso da conversão de tensão da ETD; - Período diário de funcionamento do BCA da barra de baixa tensão de cada ETD; - Custo dos bancos de capacitores por Mvar instalado (barra da estação e circuitos primários); - Limites anuais de investimentos em bancos de capacitores para a rede de distribuição.

2. O SISTEMA ELÉTRICO DA AES ELETROPAULO A Figura 1 ilustra, de forma esquemática, a composição dos sistemas de Subtransmissão e de Distribuição da AES Eletropaulo, a interligação com a CTEEP e os pontos de referência das previsões de cargas dos aplicativos SIPC e SPR:

Figura 1

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em que: • EBC - Estação de Banco de Capacitores: destinada a compensar as perdas reativas (Qsub) e

regular a tensão nas linhas de 88 e 138 kV; • ETC - Estação Transformadora de Consumidor: consumidor industrial alimentado diretamente em

tensão de 88 ou 138 kV; • ETD - Estação Transformadora de Distribuição: subestação rebaixadora (AT/MT; MT/MT) para

a tensão de distribuição (3.8, 13.8, 20 ou 34.5 kV); • BCA – Banco de Capacitores na barra da ETD: destinado a compensar as perdas reativas (Qtr)

nos seus transformadores; • BC – Banco de Capacitores no Circuito Primário de Distribuição: destinado a compensar as

perdas reativas (Qcir), regular a tensão e otimizar o fluxo de potência ativa mediante redução da circulação de reativos na rede de distribuição.

3. MÉTODO DE CÁLCULO Descreve-se, a seguir, a seqüência de cálculos efetuada pelo SPR (Sistema de Previsão de Reativos) para obtenção das previsões das curvas de demanda ativa e reativa das ETDs ao longo do horizonte de planejamento, bem como os montantes de compensação reativa a serem recuperados na rede e/ou adquiridos para satisfazer os fatores de potência desejados e/ou limites de investimentos estabelecidos. Definições: • Ano Base: ano anterior ao ano atual; • Carga-Base: valor máximo de demanda ocorrido no Ano Base, expresso em MVA. 3.1. Cálculo das Demandas Ativa e Reativa Bruta de cada ETD para o Ano Base. Para cada ETD, são informados os seguintes dados de entrada: Carga-Base; perfis das curvas de demanda ativa e de fator de potência; capacitores em funcionamento na barra da ETD (BCA) e respectivos horários de funcionamento; capacitores em funcionamento nos circuitos primários (BC). A partir destes dados, o SPR identifica, inicialmente, para cada ETD, o horário da respectiva demanda máxima ativa e calcula, para este horário, as parcelas de demanda ativa e reativa da Carga Base no seu ponto de referência (secundário do transformador, local onde está instalada a medição de potência ativa e reativa), conforme indicado na Figura 2:

Figura 2

Em seguida, para a obtenção da carga reativa bruta (Qbruto, em Mvar) para o Ano Base, o SPR adiciona à parcela reativa da Carga-Base, os montantes de compensação reativa em funcionamento na barra da ETD (BCA) e nos circuitos primários (BC, em Mvar).

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3.2. Cálculo das Demandas Ativa e Reativa Bruta das ETDs para o Ano Atual. São informados nos dados de entrada, as taxas anuais de crescimento de demanda para cada ETD. Obtidas as parcelas das demandas ativas e reativas brutas das ETDs, referentes ao Ano Base, o SPR aplica as respectivas taxas de crescimento para calcular as parcelas das demandas ativa e reativa bruta de cada ETD para o Ano Atual. Com isso, o montante de compensação reativa de cada ETD permanece inalterado, enquanto que a carga reativa bruta cresce, piorando o respectivo fator de potência. Entretanto, antes de efetuar o cálculo do montante de compensação reativa a ser instalado para elevar o fator de potência de cada ETD ao patamar desejado para o Ano Atual (parâmetro informado nos dados de entrada), o SPR efetua as manobras de cargas entre ETDs, as conversões de tensão e os acréscimos / decréscimos de consumidores, obtendo, assim, a carga bruta final de cada ETD, para o Ano Atual. 3.3. Cálculo das Demandas Ativa e Reativa Bruta das Manobras entre ETDs para o Ano Atual. As manobras de cargas entre as ETDs, a serem consideradas ao longo do quinquênio, são informadas nos dados de entrada e expressas em MVA. O SPR calcula os valores das parcelas ativa e reativa bruta de cada manobra a partir do fator de potência bruto obtido para a respectiva ETD que está cedendo a carga.. Com as manobras, o fator de potência bruto final para cada ETD receptora será diverso do seu valor inicial. 3.4. Cálculo do Montante de Compensação Reativa a ser transferido com a Manobra. Ao executar as manobras de cargas entre ETDs (chaveamentos), também são transferidos para a ETD destino os respectivos montantes de compensação reativa em funcionamento e fora de operação instalados nos circuitos primários. Estes montantes a serem transferidos são estimados de forma proporcional ao valor da carga manobrada em relação à carga da ETD. 3.5. Cálculo das Demandas Ativa e Reativa Bruta das Conversões de Tensão para o Ano Atual. As conversões de tensão dos circuitos primários das ETDs, a serem consideradas ao longo do quinquênio, são informadas nos dados de entrada e expressas em MVA. O SPR calcula os valores das parcelas ativa e reativa bruta de cada conversão a partir do fator de potência bruto obtido para a respectiva ETD que está tendo a tensão convertida. Entretanto, os bancos de capacitores dos circuitos primários não podem ser considerados no novo patamar de tensão (tensões diferentes). . Neste caso, o SPR adiciona estes bancos de capacitores ao Almoxarifado virtual das conversões de tensão, para futuro reaproveitamento, se for o caso. Analogamente à manobra, a conversão de tensão também altera o fator de potência bruto da ETD receptora. 3.6. Cálculo das Demandas Ativa e Reativa Bruta dos novos Consumidores para o Ano Atual. Os acréscimos e decréscimos de consumidores alimentados diretamente em tensão de distribuição, a serem considerados ao longo do quinquênio, são informados nos dados de entrada e expressos em MVA. O SPR calcula os valores das parcelas ativa e reativa bruta de cada consumidor a partir do fator de potência bruto obtido para a respectiva ETD supridora.

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3.7. Cálculo do montante de compensação reativa a ser recuperado no Ano Atual. Esta medida contribui para uma redução de investimentos, uma vez que o custo de recuperação dos bancos de capacitores fora de operação é inferior ao de aquisição. O SPR emite relatórios apontando, para cada ano do horizonte de planejamento, por ETD, o montante de compensação reativa fora de operação a ser recuperado, para seu uso exclusivo, e/ou para ceder para as demais ETDs. Os montantes de compensação reativa instalados nos circuitos primários de cada ETD, no Ano Base, mas fora de operação, e os fatores de potência anuais desejados, são informados nos dados de entrada. O SPR utiliza o fator de potência desejado como meta a ser atingida para cada uma das ETDs. Ele oferece ao usuário a seleção de quaisquer das seguintes opções, que serão executadas na seqüência apresentada: • Utilizar ou não o Almoxarifado virtual, decorrente das conversões de tensão; • Recuperar ou não os BCs fora de operação na rede de distribuição da própria ETD; • Recuperar ou não os BCs fora de operação na rede de distribuição das demais ETDs. Admitindo as 3 opções ativadas, o SPR irá verificar, inicialmente, se o montante disponível no Almoxarifado de Conversões é suficiente para atender às necessidades de todas as ETDs. Caso o montante disponível seja insuficiente (o que normalmente ocorre), o SPR fará um rateio proporcional da necessidade de cada ETD em relação à necessidade total das ETDs. Na seqüência, o SPR irá recuperar o montante fora de operação disponível na rede de distribuição da própria ETD. Duas situações poderão ocorrer: • O montante a recuperar é suficiente para atingir o fator de potência desejado: neste caso, o

restante fora de operação, se houver, será disponibilizado para o Almoxarifado da Rede, para que as demais ETDs, se for o caso, possam recuperá-lo e utilizá-lo;

• O montante a recuperar é insuficiente para atingir o fator de potência desejado: neste caso,

podendo o Almoxarifado da Rede atender à totalidade das ETDs, não será necessário comprar BCs. Caso não possa, será feito um rateio proporcional do montante disponível no Almoxarifado da Rede e calculado o montante de compensação reativa a ser comprado para a ETD em questão.

3.8. Cálculo do montante de compensação reativa a ser comprado no Ano Atual. Os tetos de investimentos anuais em bancos de capacitores são informados nos dados de entrada. O SPR calcula, para cada ETD, o montante de compensação reativa a ser comprado mediante comparação do fator de potência desejado com aquele obtido a partir da carga bruta diminuída dos montantes recuperados (conforme as opções de recuperação ativadas pelo usuário). No caso do investimento total em compensação reativa ter superado o teto de investimento estabelecido para o Ano Atual, sendo que a opção do programa em limitar os investimentos esteja ativada, o SPR irá recalcular, para cada ETD, o novo montante a ser adquirido. Neste caso, o critério do fator de potência desejado não poderá ser satisfeito. 3.9. Cálculo das Curvas de Demanda Ativa e Reativa no Secundário dos TRs da ETD. Com a definição do montante de compensação reativa final para cada ETD, o SPR calcula então, a partir da carga bruta, a carga reativa na referência do secundário do transformador (local de medição) da estação. Para tanto, a carga bruta é reduzida do montante final de capacitores calculado para os circuitos primários e do montante instalado na barra de baixa de tensão da ETD (no caso de estar ligado no horário da respectiva demanda máxima ativa).

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O valor obtido refere-se ao horário do dia em que ocorre o máximo valor da demanda ativa. Para calcular os valores referentes aos demais horários, o SPR utiliza métodos diferenciados para obtenção das parcelas da demanda ativa e da reativa: • Para a parcela ativa, é utilizado o perfil da curva de demanda ativa (em pu) informado ao

programa nos dados de entrada; • Para a parcela reativa, não são utilizados os valores da curva de fator de potência informada nos

dados de entrada, pois o fator de potência da ETD foi alterado durante os cálculos. O SPR utiliza então, o formato original da curva de demanda reativa. Este formato, com os valores expressos em p.u., é obtido a partir da curva original do fator de potência. A Equação (1) permite o cálculo dos valores horários da demanda reativa (na referência do secundário do transformador) respeitando o formato original da curva:

)1(112

)()()( −××=

hhh fp

PpQ

em que: Q (h) = carga reativa da ETD, no horário (h), em Mvar p (h) = valor típico da curva de demanda ativa da ETD, no horário (h), em p.u. P = demanda máxima ativa final calculada para a ETD, em MW fp (h) = valor típico da curva de fator de potência da ETD, no horário (h) 3.10. Cálculo da Curva de Perdas Reativas nos Secundários dos TRs da ETD. As configurações anuais de cada ETD (transformadores e respectivas reatâncias), ao longo do período de planejamento, são informadas nos dados de entrada. O SPR calcula, para cada ETD, a curva das perdas reativas em seus transformadores, conforme a Equação (2):

( ) )2(1100

11001 2

)(sec

1

)( hni

i i

hETD S

Xtr

Qtr ×

×

×=

∑=

=

em que: Qtr ETD (h) = perdas reativas totais nos transformadores da ETD, no horário (h), em Mvar Xtr i = reatância indutiva do transformador “i” da ETD, em %, na base 100 MVA S séc (h) = carga total da ETD nos secundários dos TRs, no horário (h), em MVA

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3.11. Cálculo das Curvas de Demanda Ativa e Reativa no lado de Alta Tensão da ETD. O SPR calcula as curvas de demanda ativa e reativa no lado de alta tensão de cada ETD para atender à necessidade do SIPC (Sistema Integrado de Previsão de Cargas), que as utiliza como insumo para obtenção das previsões dos carregamentos das linhas do sistema de subtransmissão. A curva da demanda ativa no lado de alta tensão da ETD é a mesma do lado de baixa tensão, uma vez que o modelo adotado não considera as perdas ativas nos transformadores da estação. A curva de demanda reativa no lado de alta tensão da ETD é obtida pela soma da curva de demanda reativa referenciada no secundário dos transformadores com a curva das perdas reativas nestes transformadores. 3.12. Cálculos para os demais anos do horizonte de planejamento (Anos Futuros). Os cálculos para os demais anos horizonte de planejamento são forma análogos aos efetuados para o Ano Atual. Por exemplo, para o 1o ano de planejamento, o SPR aplica, nas parcelas ativa e reativa bruta da carga obtida para cada ETD no Ano Atual, a taxa de crescimento (informada nos dados de entrada) em relação ao Ano Atual, efetuando as manobras e conversões previstas, e assim, sucessivamente, até o último ano do horizonte de planejamento. 3.13. Plano de Capacitores. Além das 2 opções de cálculo citadas (fator de potência desejado e limites anuais de investimentos), o SPR permite ainda uma 3a opção: que seja informado ao sistema um plano de instalação de capacitores a ser adotado ao longo do qüinqüênio. Neste caso, são desconsideradas pelo SPR as metas anuais de fatores de potência desejados e os limites anuais de investimentos. 4. RELATÓRIOS EMITIDOS O SPR emite 21 relatórios, divididos em duas categorias: 4.1.Tabelas dos Dados de Entrada. Nesta categoria, são emitidos 10 relatórios referentes às seguintes tabelas:

• Gerências Regionais: a AES Eletropaulo é subdividida, funcionalmente, em gerências regionais. Este relatório apresenta, para cada regional, o código de identificação e o nome;

• Transformadores Típicos: apresenta, para cada tipo de TR cadastrado, a relação de tensão, potência, reatância e respectiva potência de base;

• ETDs: apresenta, para cada ETD, o código de identificação, o nome, a carga base e as taxas anuais de crescimento, o nível de tensão, o montante de BCA de barra e respectivos horários de funcionamento; os BCs dos circuitos primários (em funcionamento e fora de operação) por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto) e o fator de sazonalidade;

• Configurações das ETDs: apresenta, ano a ano, para cada ETD, as impedâncias e respectivas potências de base dos TRs;

• Medições das ETDs: apresenta as curvas das demandas ativa e reativa, proveniente das medições no Ano Base, expressas em MW e Mvar;

• Curvas de Carga Típicas: apresenta as curvas típicas a serem adotadas para as ETDs futuras, sendo que a parcela ativa é expressa em p.u. e a reativa, em fator de potência;

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• Manobras entre ETDs: apresenta, ano a ano, as manobras informadas, identificando a ETD origem, a ETD destino e o montante da manobra, em MVA;

• Conversões de Tensão: apresenta, ano a ano, as conversões de tensão informadas, identificando a ETD origem, a ETD destino e o montante da conversão, em MVA;

• Acréscimos / Decréscimos de Consumidores: apresenta, ano a ano, para cada ETD supridora, o nome do consumidor e o valor da carga a ser acrescida ou abatida, em MVA;

• Plano de Capacitores: apresenta, ano a ano, para cada ETD, os montantes de capacitores, por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto), a serem considerados no caso desta opção de cálculo ter sido selecionada pelo planejador (vide item 3.13).

4.2. Resultados dos Cálculos. Nesta categoria, são emitidos 11 relatórios:

• Previsões das Demandas das ETDs - 24 horários: apresenta, ano a ano, para cada ETD, as curvas de demanda ativa (MW), reativa (Mvar) e de fator de potência, em 4 pontos de referência (carga bruta dos circuitos primários, carga líquida dos circuitos primários, secundário do transformador e barra de alta tensão da ETD);

• Previsões das Demandas das ETDs - 3 horários: os horários são selecionados pelo usuário e o relatório apresenta, ano a ano, por ETD, as demandas ativa, reativa e o fator de potência;

• Perdas Reativas nas ETDs: apresenta, ano a ano, para cada ETD, a carga máxima e respectivo horário, as perdas reativas totais nos TRs, os BCAs instalados na barra de baixa tensão da ETD e o cálculo da diferença entre os BCAs e as perdas calculadas;

• Acréscimos de Capacitores: apresenta, ano a ano, por ETD, os acréscimos de capacitores nos circuitos primários de distribuição destacando separadamente as recuperações na rede e as compras;

• Recuperação de Capacitores: apresenta, ano a ano, por ETD, o montante de capacitores a ser recuperado na rede da própria ETD para atender às suas necessidades, e o montante a ser retirado da rede da ETD a fim de suprir o Almoxarifado da Rede para atender às necessidades das demais ETDs. Os montantes apresentados são discriminados por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto);

• Utilização do Almoxarifado da Rede: apresenta, ano a ano, por ETD, o montante de capacitores a ser utilizado do Almoxarifado da Rede para atender às suas necessidades. Isto acontece quando a ETD não dispõe, na sua própria rede, de montante suficiente para atender às suas necessidades. Os montantes apresentados são discriminados por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto);

• Compra de Capacitores: apresenta, ano a ano, por ETD, o montante de capacitores a ser comprado para atender ou complementar as suas necessidades. Os montantes apresentados são discriminados por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto);

• Investimentos por Tipo de Acionamento: apresenta, por ETD, os valores de investimentos anuais em capacitores, por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto);

• Investimentos Anuais: apresenta, por ETD, os valores anuais de investimentos em capacitores e os respectivos fatores de potência alcançados;

• Almoxarifado das Conversões de Tensão: apresenta, ano a ano, por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto) e por nível de tensão (3.8, 13.8, 20, 23 e 34.5 kV), a necessidade total do ano, o seu estoque inicial, o montante utilizado e o estoque final do ano;

• Almoxarifado da Rede: apresenta, ano a ano, por ETD e por nível de tensão (3.8, 13.8, 20, 23 e 34.5 kV), os montantes a serem cedidos para o Almoxarifado da Rede. Os montantes apresentados são discriminados por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão e fio piloto).

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5. VISUALIZAÇÃO DAS CURVAS DE CARGAS O SPR permite a visualização, no terminal de vídeo, das seguintes curvas de cargas: • Dados de Entrada: Medições das ETDs e Curvas Típicas; A Figura 3 apresenta as curvas da medição da ETD Santa Maria:

Figura 3

• Resultados dos Cálculos: Carga Ativa, Carga Reativa Bruta dos Circuitos, Carga Reativa Líquida

dos Circuitos, Carga Reativa na Barra da ETD (ou secundário do tranformador) e Carga Reativa na Alta Tensão da ETD.

A Figura 4 apresenta as curvas de resultado dos cálculos da ETD Santa Maria:

Figura 4

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6. RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES O ponto forte do SPR é justamente a sua capacidade de permitir ao planejador efetuar várias simulações mediante variações simples e rápidas nos parâmetros informados nos dados de entrada. Assim, para demonstrar tal versatilidade do programa, foram selecionadas 3 simulações, cujas condições de contorno estão descritas nas Tabelas 1 e 2. A Tabela 1 apresenta os parâmetros cujos valores foram fixados nas simulações efetuadas:

Tabela 1

Ano Atual Ano 01 Ano 02 Ano 03 Ano 04 Ano 05

Fator de Potência Desejado (%) 95,5 96,0 96,5 97,0 97,5 98,0

Limites Anuais de Investimentos (R$mil) 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000

Custo dos BCAs na ETD (R$mil/Mvar) 10 10 10 10 10 10

Custo dos BCs nos circuitos (R$mil/Mvar) 10 10 10 10 10 10

Mantendo-se fixos os parâmetros constantes da Tabela 1, foram efetuadas simulações para as 3 condições apresentadas na Tabela 2:

Tabela 2 Recuperação de BCAs Método ETD Rede

Uso do Almoxarifado das Conversões

1.Fator de Potência Desejado N N N 2.Fator de Potência Desejado S S S 3.Limites de Investimentos N N N

Na Situação 1, desativando as opções de recuperação de capacitores e de utilização do almoxarifado das conversões, será possível quantificar o máximo valor de compensação reativa e a ser comprado para a rede de distribuição, juntamente com os respectivos investimentos anuais, a fim de atender à evolução anual informada para os fatores de potência desejados. Na Situação 2, ativando as opções de recuperação de capacitores e de utilização do almoxarifado das conversões, será possível quantificar o mínimo valor de compensação reativa e a ser comprado para a rede de distribuição, juntamente com os respectivos investimentos anuais, a fim de atender à evolução anual informada para os fatores de potência desejados. Na Situação 3, foram desativadas as 2 opções anteriores e ativado o método dos Limites Anuais de Investimentos, cujos cálculos apontarão os montantes de compensação reativa a serem comprados, mas sacrificando a meta do fator de potência desejado. Neste caso, o planejador recorre aos relatórios emitidos pelo SPR para avaliar individualmente os fatores de potência obtidos para cada uma das ETDs. As tabelas-resumos apresentadas a seguir foram construídas a partir das totalizações disponíveis nos relatórios emitidos pelo SPR.

Tabela 3 Bancos de Capacitores Instalados nas Barras das ETDs

Ano Base Atual 01 02 03 04 05 Total (Mvar) 584,6 584,6 584,6 584,6 584,6 584,6 584,6

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Tabela 4 Bancos de Capacitores Instalados nos Circuitos Primários no Ano Base

Direto Tempo Tensão Tempo-Tensão Piloto Total Instalado 493,1 386,8 24,0 303,8 0 1.207,7 Funcionando 201,0 90,6 6,6 70,8 0 369,0 Fora Operação 292,1 296,2 17,4 233,0 0 838,7

Tabela 5

Ano Atual Ano 01 Ano 02 Ano 03 Ano 04 Ano 05 TotalRecuperação - - - - - - - Almox. Conv. - - - - - - - Compra 628,75 139,25 160,73 177,28 231,90 241,72 1.579,63 Total 628,75 139,25 160,73 177,28 231,90 241,72 1.579,63

Recuperação 548,24 121,60 143,34 25,01 0,05 - 838,24 Almox. Conv. 0,59 3,32 2,48 2,59 0,47 - 9,45 Compra 79,92 14,33 14,91 149,68 231,38 241,72 731,94 Total 628,75 139,25 160,73 177,28 231,90 241,72 1.579,63

Recuperação - - - - - - - Almox. Conv. - - - - - - - Compra 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 600,00 Total 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 600,00

ACRÉSCIMOS DE CAPACITORES (MVAR)

1

2

3

Simulações

Tabela 6

S Tipo Ano Atual Ano 01 Ano 02 Ano 03 Ano 04 Ano 05 TotalDireto 3.195,74 759,65 873,90 1.015,59 1.280,84 1.409,54 8.535,27 Tensão 1.150,13 294,99 312,19 350,12 439,82 466,71 3.013,95 Tempo 179,91 20,66 42,22 36,50 78,98 53,34 411,62 Tempo-Tensão 1.761,73 317,23 378,90 370,63 519,33 487,53 3.835,34 Total 6.287,50 1.392,53 1.607,21 1.772,84 2.318,97 2.417,13 15.796,18

Direto 296,71 61,98 64,66 646,42 1.017,91 1.099,39 3.187,07 Tensão 210,35 40,25 41,37 459,38 713,76 734,00 2.199,10 Tempo 10,12 2,43 2,41 29,72 48,55 49,82 143,05 Tempo-Tensão 282,06 38,64 40,65 361,24 533,55 533,93 1.790,06 Total 799,25 143,29 149,08 1.496,76 2.313,76 2.417,14 7.319,28

Direto 508,27 517,32 522,78 534,87 540,12 549,69 3.173,04 Tensão 182,92 187,28 188,92 190,71 187,62 188,75 1.126,20 Tempo 28,60 26,02 26,10 24,84 27,43 26,12 159,10 Tempo-Tensão 280,19 269,37 262,20 249,58 244,83 235,41 1.541,58 Total 999,98 1.000,00 999,99 999,98 999,99 999,97 5.999,91

INVESTIMENTOS EM CAPACITORES POR TIPO DE ACIONAMENTO (R$MIL)

3

2

1

Tabela 7

Perdas Diferença Perdas DiferençaAtual 584,60 1.004,81 -420,21 1.059,08 -474,48

01 584,60 1.070,81 -486,21 1.126,57 -541,9702 584,60 1.114,43 -529,83 1.173,46 -588,8603 584,60 1.149,30 -564,70 1.212,90 -628,3004 584,60 1.176,89 -592,29 1.247,37 -662,7705 584,60 1.213,83 -629,23 1.292,04 -707,44

BCAs nas Barras das ETDs x Perdas nos TRs (Mvar)Simulação: 3Ano Simulações: 1 e 2BCA

11 / 12

12 / 12

A Tabela 5 mostra que as Simulações 1 e 2 apontam o montante de 1.579,63 Mvar como necessidade total de compensação reativa para a rede de distribuição a fim de atender aos fatores de potência informados. A Simulação 2 indica que, destes 1.579,63 Mvar, apenas 731,94 Mvar deverão ser comprados, se as opções de recuperação de capacitores e utilização do almoxarifado de conversões de tensão estiverem ativadas. Analisando a Tabela 7, conclui-se o seguinte: • O montante total de compensação reativa existente na barra de baixa tensão das ETDs são

insuficientes para suprir a totalidade das perdas restivas nos seus trasnformadores; • Com o corte nos investimentos proposto na Simulação 3, as perdas reativas nos transformadores

das ETDs são superiores em relação às das Simulações 1 e 2, o que era de se esperar. A Tabela 6 apresenta os investimentos em capacitores por tipo de acionamento (direto, tensão, tempo, tempo-tensão) para as 3 Simulações. Para fazer esta separação, o SPR adota a mesma proporção correspondente ao Ano Base, conforme mostra a Tabela 4. Pelo fato dos investimentos estarem expressos em R$mil e o custo informado para estes capacitores é de R$ 10.000/Mvar, para obter a quantidade de Mvar por tipo de acionamento, basta dividir os valores da Tabela 6 por 10 (dez). Convém destacar que, dentre os relatórios emitidos pelo SPR, o de Recuperação de Capacitores tem uma utilidade extremamente prática, pois informa às Gerências Regionais, por ETD, qual o montante de capacitores a ser retirado para recuperação e posterior reaproveitamento pelas demais ETDs, da própria Regional e/ou das outras. 7. CONCLUSÕES Para uma empresa do porte da AES Eletropaulo, que atende a uma demanda de ponta , na distribuição, da ordem de 6.200 MVA com 1200 Mvar instalados nos circuitos primários e 580 Mvar nas estações (ETDs), o SPR mostrou-se uma ferramenta extremamente versátil, que permite simulações de vários cenários, mediante variações nos valores desejados de fator de potência e nos níveis de investimentos associados, contribuindo de forma significativa para o processo de otimização das instalações de bancos de capacitores na rede de distribuição e nas estações, levando-se em consideração aspectos técnicos (redução de perdas, melhora dos níveis de tensão e liberação de potência ativa passante) e econômicos (capacidade de investimento da Empresa). Como ferramenta de previsão de cargas, o SPR dispõe de ótimos recursos como a representação, ao longo do qüinqüênio, das manobras, das conversões de tensão, das configurações (TRs e BCAs) das estações, e trouxe um incremento significativo de qualidade ao introduzir o conceito de curva de carga (24 horários), uma vez que as previsões eram feitas até então, para 3 patamares de carga. 8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. STEVENSON, William D. “Elementos de Análise de Sistemas de Potência”, McGraw-Hill, 1974;

2. CIPOLI, José. A. “Engenharia de Distribuição”, Qualitymark, 1993;

3. AES EETROPAULO, ID 2.022 “Otimização do Uso de Bancos de Capacitores”, São Paulo, 2003;

4 .BOCCUZZI, C V; SUMI, J T; USHIMARU, E A. “SISTREAT - Sistema Automatizado de Compensação Reativa da Distribuição”, Seminário Interno da Eletropaulo, 1988;

5. USHIMARU, E A; “Planejamento da Compensação Reativa - Período 86/91”, X SENDI, 1988;

6. CODI 2.3.15.01.0. “Diretrizes, Critérios para a Compensação de Reativos nas Redes de Distribuição”, Rio de Janeiro, CODI, 1977.