Disciplina:

Planejamento de Sistemas Elétricos de Potência- TE157

Tópico da Aula:

Universidade Federal de ParanáSetor de TecnologiaDepartamento de Engenharia Elétrica

Tópico da Aula:Planejamento da Expansão da

Transmissão

Professor: Clodomiro Unsihuay-Vila

I) Objetivos dos Estudos da Expansão da Transmissão

• Determinar, ao longo do período de planejamento, os meios deconexão das fontes de geração aos centros de carga de modo quea transmissão da energia seja feita da forma mais econômica econfiável possível.

• A expansão da transmissão deve ser estabelecida de forma robustao suficiente para que os agentes de mercado tenham livre acesso àrede, possibilitando um ambiente propício para a competição narede, possibilitando um ambiente propício para a competição nageração e na comercialização de energia elétrica.

• Integração entre os diversos elementos do sistema elétrico paragarantir estabilidade e confiabilidade à rede;

• Interligação entre as bacias hidráulicas e regiões com característicashidrológicas heterogêneas de modo a otimizar o uso da água; e

• Integração energética com os países vizinhos como forma deotimizar os recursos e aumentar a confiabilidade do sistema.

ESTUDOS NECESSÁRIOS AO PLANEJAMENTO DO SISTEMA DE TRANSMISSÃO

• Fluxo de Potência : - Regulação de Tensão, Carregamento do Sistema,

-Fluxo de Reativos e Perdas, etc.

- Condição de cargas máxima, média e mínima.

- Regime normal e em emergências.

• Curto – Circuito : - Correntes e Potências de Curto circuito

– - Estudos de Proteção

• Estabilidade : - Avalia a capacidade do sistema de suportar uma condição de carga, • Estabilidade : - Avalia a capacidade do sistema de suportar uma condição de carga, mudança de estado e impactos.

- Regimes Permanente, Transitório e Dinâmico

• Transitórios Eletromagnéticos : Surtos de tensão e níveis de isolamento.

• Estudos de Confiabilidade: - Avalia a capacidade do sistema de manter o serviço com a perda de componentes.

• Estudos Especiais : - Estudos de Controle, Limites de Cargas, Reserva de

Transformadores, Priorização de Obras,etc.

Planejamento da expansão da Transmissão

• Devido às particularidades do sistema elétrico brasileiro,como a dimensão do parque gerador e a predominância dehidroelétricas, o planejamento da expansão do sistema écentralizado.

• Setor elétrico brasileiro o planejamento da expansão éconduzido pelo Ministério de Minas e Energia – MME,conduzido pelo Ministério de Minas e Energia – MME,subsidiado por estudos elaborados pela Empresa de PesquisaEnergética – EPE e pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico– ONS.

• O planejamento da expansão da transmissão buscaalternativas, a partir da configuração básica do sistema, dasprojeções de mercado, dos programas indicativos de geraçãoe das propostas tecnológicas para o horizonte de estudos, afim de garantir o suprimento de energia a mínimo custo.

Planejamento da expansão da Transmissão

• No planejamento da expansão do sistema detransmissão brasileiro é adotada a premissa de quenão deve haver corte de carga ao longo do horizontede estudo, provocado pela ocorrência de contingênciasimples (Critério N-1) de quaisquer elementos da redesimples (Critério N-1) de quaisquer elementos da rede

• Sendo admitida a não observância ao Critério N-1 paralinhas de transmissão radiais, subestações conectadasà rede básica em derivação e circuitos duplos, para osquais o tratamento depende de análise dedesempenho e do impacto provocado pelacontingência.

Etapas do Planejamento da Transmissão

• Preparação de dados: Mercado

• Formulação de alternativas: A partir da Topologia e dados de

mercado.

• Pré-seleção de alternativas: Alternativas muito onerosas são

eliminadas. eliminadas.

• Estudos elétricos: Análise técnica do desempenho das alternativas pré-

selecionadas

• Estudos econômicos: Análises econômicas, envolvendo a avaliação de

custos e benefícios das alternativas, a fim de selecionar aquelas de menor custo global.

• Avaliação final: Seleção das alternativas de custo mínimo, sustentada nas

análises de custos e benefícios.

O Papel da EPE

• Estudos de Longo Prazo (30 Anos):

Composição futura do parque gerador e os principaistroncos e sistemas de transmissão. PNE2030

• Estudos de médio (10 anos): Evolução do mercado,disponibilidade das fontes energéticas , impactos ambientais.disponibilidade das fontes energéticas , impactos ambientais.

PDEE, emitido anualmente. PDE.

• Estudos de curto Prazo ( 5 anos): As conclusõesdos estudos de curto prazo consistem no Programade Expansão da Transmissão – PET, elaboradoanualmente pela EPE.

O papel da ONS

• Elaborar o Plano de Ampliações e Reforços na Rede Básica –PAR e a Proposta Anual de Ampliações e Reforços emInstalações de Transmissão não Integrantes da Rede Básica –PAR-DIT.

• PAR e a PAR-DIT têm periodicidade anual, horizonte de• PAR e a PAR-DIT têm periodicidade anual, horizonte deplanejamento de três anos e indicam as ações necessáriaspara garantir que a operação do SIN ocorra em adequaçãocom os padrões de desempenho.

• Com base nos estudos do ONS e da EPE, o Ministério deMinas e Energia estabelece os planos de expansão do setorelétrico, ficando a cargo da ANEEL, mediante delegação doPoder Concedente, promover os leilões de transmissão eautorizar os reforços no sistema de transmissão.

Interligações Inter-Regionais

• O Sistema Interligado Nacional é composto porum conjunto significativo de usinas hidroelétricasprogramadas e despachadas centralizadamente,localizadas, em grande parte, distantes dosgrandes centros de carga.grandes centros de carga.

• Além disso, as diferenças climáticas e hidrológicasresultam em excedentes ou déficits de produçãohidroelétrica em determinadas regiões e períodosdo ano, otimizando, assim, o uso dos recursosenergéticos.

ASPECTOS ECONÔMICOS DA EXPANSÃO DA TRANSMISSÃO

• No setor elétrico brasileiro a expansão da transmissãoocorre com base no planejamento centralizado emediante concessão ou autorização do órgão regulador.

• A expansão do sistema busca atender ao mercado deenergia elétrica e contribuir na otimização doenergia elétrica e contribuir na otimização doaproveitamento eletroenergético do país, sem onerarexcessivamente o consumidor final.

• Deste modo, analisar a expansão da transmissão sob oaspecto econômico é fundamental na busca do equilíbrioentre a confiabilidade do Sistema Interligado Nacional e amodicidade tarifária.

Receita Anual Permitida- RAP

• As ampliações do SIN são outorgadas a uma concessionária deserviço público de transmissão de energia elétrica, medianteum processo de licitação, na modalidade leilão. De outromodo, os reforços em instalações de transmissão existentessão implementados pelas concessionárias de transmissão porsão implementados pelas concessionárias de transmissão pormeio de autorizações expedidas pela ANEEL.

• Em ambos os casos, os investimentos realizados, bem comoos custos de operação e manutenção, são remunerados pormeio de uma Receita Anual Permitida – RAP, comocontrapartida à prestação do serviço de transmissão,obedecidos critérios de qualidade estabelecidos emregulamentos específicos da ANEEL.

Receita Anual Permitida - RAP

• Nos processos licitatórios, a RAP é definida pela menorreceita ofertada no leilão e tem apresentado, noperíodo de 2002 a 2008, desvalorização significativoem relação às receitas máximas admitidas no leilão.

• De outro modo, os reforços autorizados sãoremunerados por uma RAP definida pela ANEEL,remunerados por uma RAP definida pela ANEEL,calculada com o intuito de assegurar a cobertura decustos compatíveis com custos-padrão e o tratamentonão discriminatório aos usuários dos sistemas detransmissão, estimular novos investimentos emexpansão, induzir a utilização racional dos sistemas eminimizar os custos de ampliação, reforço ou utilizaçãodos sistemas elétricos (Decreto nº 2.655/1998).

Receita Anual Permitida - RAP

• A partir da RAP são estabelecidas as Tarifas deUso do Sistema de Transmissão – TUST e osencargos de conexão, associados aos ativos deRede Básica e Demais Instalações deTransmissão, respectivamente.Transmissão, respectivamente.

• A RAP referente à Rede Básica representa,atualmente, 88% da receita de transmissão,sendo os outros 12% relativos às DemaisInstalações de Transmissão (ANEEL, 2008).

Receita Anual Permitida da Rede Básica

• A RAP da Rede Básica apresenta três importantescomponentes de receita: a RBSE, a RBNI e asreceitas estabelecidas nos Leilões de Transmissãopara as instalações objeto de novos contratos deconcessão.concessão.

• Nos Leilões de Transmissão, a menor receitaofertada define o vencedor da licitação e aReceita Anual Permitida associada às instalaçõesde transmissão licitadas. A RAP resultante dosleilões é definida a partir de lances, limitados àreceita máxima estabelecida pela ANEEL.

I) Modelo DC

• O modelo DC é atualmente considerado o modelomatemático mais indicado para representar o problema deplanejamento da expansão de sistemas de transmissão. Osprincipais motivos para essa opção são os seguintes: (1) É amodelagem mais aceita por pesquisadores e especialistas emmodelagem mais aceita por pesquisadores e especialistas emplanejamento das empresas de energia elétrica; (2) Existemvarias técnicas de solução (algoritmos) que resolvem demaneira adequada os problemas de planejamento que usamo modelo DC; E requerem tempo de execução “reduzido”.

• Neste modelo, o sistema completo deve satisfazer as duas leisde Kirchhoff, ou seja, todas as barras do sistema devemsatisfazer a primeira lei de Kirchhoff e todos os laçosexistentes devem satisfazer à segunda lei de Kirchhoff.

I) Modelo DC

II) Modelo de Transportes

• Também pode-se considerar uma modelagem maissimplificada, conhecida como modelo de transportes, queconsidera apenas a primeira lei de Kirchhoff. Nesse caso, oproblema resultante é do tipo linear inteiro misto.

• A grande vantagem do modelo de transportes é quepraticamente não existe diferença entre resolver problemaspraticamente não existe diferença entre resolver problemasde sistemas conexos e altamente ilhados e a característicalinear facilita o processo de resolução.

• A desvantagem principal é que a solução apresentada pelomodelo de transportes pode estar distante da soluçãocorrespondente ao modelo DC, considerado como modelomais indicado.

III) Modelo Híbrido

• O modelo híbrido, que combina caracterısticas do modelo DC edo modelo de transportes. Esta modelagem, numa formulaçãomais simples preserva as propriedades lineares do modelo detransportes, considerando a primeira lei de Kirchhoff em todosos nós da rede, e a segunda lei de Kirchhoff somente noscircuitos existentes na rede base (e não necessariamente noscircuitos que serão adicionados).circuitos que serão adicionados).

• A idéia de utilizar o modelo híbrido no problema deplanejamento de sistemas de transmissão é para contornaralguns problemas que apresentavam os modelos de transportese DC.. Mas, em contrapartida, as soluções encontradas podemficar muito afastadas da solução ótima do modelo DC. Por outrolado, o modelo DC pode apresentar sérios problemas devido suanatureza não-linear. Assim, o modelo híbrido permite encontrarsoluções mais próximas da solução ótima do modelo DC e com avantagem de trabalhar com técnicas de otimização paraproblemas lineares.

Exercício

• Para o problema de expansão do sistema de transmissão da rede de 5 barras cujos dados encontram-se nas tabelas 1 e 2, equacionar o problema de otimização utilizando o modelo problema de otimização utilizando o modelo de transportes.