Análise probabilística de sistemas de distribuição a partir da resposta de sistemas de proteção a curtos-circuitos

Abstract

A análise clássica da adequação probabilística de sistemas de distribuição tem por objetivo verificar a confiabilidade do fornecimento de energia, considerando a hipótese de equipamentos de proteção com aberturas instantâneas na ocorrência de falhas e desprezando efeitos elétricos dos sistemas. Este modelo funcionou de maneira adequada por muitos anos; entretanto, a partir da entrada de equipamentos sensíveis a variações do sinal de tensão e corrente e desligamentos instantâneos, o olhar da adequação do sistema necessitou também englobar aspectos de qualidade de energia, principalmente voltado a sags e swells. Deste modo, nesta dissertação propõe-se a avaliação probabilística de sistemas de distribuição englobando ferramentas distintas de análise como curto-circuito, esquemas de coordenação e seletividade de equipamentos de proteção e análises de circuitos elétricos para avaliação da confiabilidade e qualidade de energia integradas, por meio da ferramenta de Simulação de Monte Carlo Sequencial. Os algoritmos de curto-circuito desenvolvidos foram avaliados a partir do sistema teste IEEE 13 nós. Logo após, modelos e hipóteses de equipamentos de proteção foram inseridos na abordagem probabilística da confiabilidade, onde se analisou alternativas de esquemas de proteção com diferentes filosofias frente ao sistema UFSC 16 nós. Além da confiabilidade, eventos de qualidade provenientes de curtos-circuitos foram também avaliados probabilisticamente. Os resultados obtidos mostram que a abordagem proposta dá um passo adiante no planejamento de sistemas de distribuição, possibilitando análises de adequação do fornecimento e qualidade de energia juntamente à resposta das filosofias de proteção empregadas no sistema.

Abstract : The classic probabilistic performance analysis of distribution systems has as objective verifying the reliability in supplying the customers, considering the hypothesis of protection equipment with an instantaneous melt or opening when a failure occurs, disregarding electrical effects. This model worked well for many years; nevertheless, with the large adoption of loads sensitive to power quality signals, the power system adequacy study has the new scope of covering power quality problems, mainly in sag and swell events. In this way, this work proposes a probabilistic distribution system analysis gathering different tools such as short circuit analysis, coordination schemes of protection devices and an electrical circuit analysis in order to evaluate the reliability and the power quality by means of the Sequential Monte Carlo simulation tool. The developed short circuit algorithm was evaluated in the IEEE 13-node distribution test feeder. Subsequently, models and hypotheses of protection equipment were inserted in the reliability probabilistic approach, where different schemes and protections philosophies were tested in the UFSC 16-node distribution test system. Besides the reliability studies, the events of power quality caused by the occurrence of short-circuits were further analyzed probabilistically. The results show that the approach proposed in this work moves the distribution system planning a step forward, enabling the study of the reliability and the power quality of a distribution system, adding a protection philosophy response to the probabilistic results of the system.