Avaliação da confiabilidade de sistemas de distribuição considerando a interferência do vento, esquemas de proteção e variações de tensão

Abstract

O foco da avaliação de confiabilidade, no longo prazo, é habitualmente direcionado para a análise de sistemas de distribuição em termos de continuidade e impacto de interrupções, com base em indicadores de desempenho. O distanciamento entre o planejamento e as decisões da operação, viabiliza a consideração de hipóteses que simplificam o problema da avaliação da continuidade. Assim, aspectos como a causa e consequência elétrica de faltas são desprezadas, os equipamentos de proteção atuam de forma instantânea e coordenada e as variações de tensão são desconsideradas. Este tipo de representação e avaliação da confiabilidade, considerando apenas indicadores associados às interrupções permanentes, tem sido suficiente para as distribuidoras mensurarem a eficiência das suas redes. Contudo, a proliferação de equipamentos eletrônicos na rede e aumento de cargas sensíveis às variações de tensão, coloca a qualidade de energia como um critério cada vez mais relevante para a satisfação das necessidades energéticas do consumidor. De tal modo que, uma avaliação baseada apenas em indicadores de interrupções permanentes (SAIFI, SAIDI, etc.) não será suficiente para caracterizar um bom desempenho do sistema de distribuição. Neste contexto, este trabalho propõe ampliar o alcance das avaliações de confiabilidade para considerar aspectos da qualidade de energia. Para isso, o modelo tradicional da interrupção é modificado para considerar os fatores necessários que permitam avaliar fenômenos de variação de tensão, como afundamentos e elevações. A consequência elétrica da falta é representada por um curto-circuito e as variáveis estocásticas e determinísticas que caracterizam este defeito são modeladas. Conhecidas as condições de curto-circuito, a resposta dos equipamentos de proteção é modelada pelas curvas características, que definem os tempos de atuação. Por fim, a modelagem da coordenação da proteção, permite a distinção entre faltas temporárias e permanentes e a sua consequência em termos de interrupção e variações de tensão. O modelo de interrupção é também aprimorado para considerar a interferência do vento na integridade da rede, utilizando séries temporais de vento para simular a sua variabilidade e um modelo probabilístico para estimar a causalidade entre o vento e faltas em linhas aéreas. Todos os modelos são integrados e avaliados no ambiente probabilístico da simulação de Monte Carlo sequencial.<br>

Abstract : Long-term reliability evaluations are usually focused on distribution systems performance against interruptions, estimating reliability indices that are centered around continuity of supply. The gap between planning and operation decisions, enables the assumption of some hypothesis that simplify the reliability assessment problem. Therefore, aspects such as failure causes and electrical fault consequences are disregarded, protection devices operate instantaneously and always coordinated, and voltage variations are neglected. This concept of evaluation, based in indicators that are dependent on sustained interruptions only, have been enough to satisfy the utilities need for a proper assessment of their system's performance. However, the proliferation of electronic equipment in the network and the increase of load sensibility for voltage variations, demands higher standards of power quality as consumers are more aware and critical of power quality issues in order to fulfill their energy needs. Thus, an evaluation that is only based on sustained interruptions indicators (SAIFI, SAIDI, etc.) will not be sufficient to characterize a reliable performance of a distribution power system. In this context, this work proposes the expansion of the reliability assessment scope, to consider aspects of power quality. For this to be accomplished, the traditional interruption model is modified to allow the evaluation of voltage variation events, such as sags and swells. The electrical consequence of a fault is represented by a short circuit and the stochastic and deterministic variables that characterize this current are considered as well. Once the short-circuit conditions are known, the protection system's response is modeled by their time-current curves. Finally, the coordination between protective devices allows the distinction between temporary and permanent faults and their consequences in terms of interruption and voltage variations as well. The interruption model is also improved by considering the wind interference with the network's integrity, using wind speed time series to simulate wind variability and a probabilistic model to estimate the causality between wind and overhead lines interruptions. All models are integrated and evaluated in the probabilistic environment of the sequential Monte Carlo simulation.