ESTUDO E DESENVOLVIMENTO DE UMA ABORDAGEM PARA A DETERMINAÇÃO DA SEQUÊNCIA DE AJUSTES NO CONTROLE DA MAGNITUDE DE TENSÃO EM SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA CONSIDERANDO ASPECTOS DA INFRAESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO DE DADOS

Abstract

RESUMO: O controle da magnitude de tensão é uma tarefa fundamental para a operação do sistema de transmissão de energia elétrica, sendo aplicado à manutenção das magnitudes de tensão dentro de limites pré-determinados definidos por órgãos de regulamentação. Para execução do controle da magnitude de tensão são necessárias informações relacionadas ao estado do sistema e quais dispositivos de controle podem ser ajustados para levar o sistema à operação adequada. Aplica-se ainda tecnologias de tráfego de dados que viabilizem a interação entre os dispositivos de controle e a execução das ações determinadas pelos operadores do sistema. Este trabalho propõe o estudo e o desenvolvimento de uma abordagem para a determinação da sequência de ajustes no controle da magnitude de tensão em sistemas de transmissão de energia elétrica considerando aspectos da infraestrutura de comunicação de dados. Essa abordagem é constituída por três componentes. O primeiro componente, aqui denominado Gestor de Controle, é responsável por determinar a sequência dos ajustes nas injeções de potência reativa para corrigir as tensões nas barras de carga cujas magnitudes estejam fora dos limites adequados. Tais ajustes são determinados em função de duas metodologias de análise de sensibilidade baseadas na matriz Jacobiana reduzida (JQV ) das equações de balanço de potência do sistema, a qual relaciona variações da injeção de potência reativa com variações nas magnitudes de tensão nas barras do sistema. O segundo componente consiste nos Nós de Controle, responsável por receber os comandos definidos pelo Gestor de Controle e efetuar os ajustes recomendados. O terceiro componente consiste na Infraestrutura de Comunicação, responsável pela transmissão dos dados que caracterizam o estado do sistema e os comandos a serem executados pelos Nós de Controle. Simulações computacionais nos sistemas IEEE de 14 e 57 barras são realizadas para avaliar o funcionamento da abordagem proposta considerando cenários operacionais com violações de tensão. As simulações fazem uso da ferramenta NS-3 (Network Simulator 3 ) de modo a representar os elementos da infraestrutura de comunicação e obter métricas relativas ao tráfego de dados, computando a disponibilidade média das redes WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) e DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing), com o objetivo de verificar as diferenças entre um meio cabeado e um sem fio no fornecimento do serviço de transmissão de dados. Os resultados obtidos fornecem o despacho de potência reativa necessário para a correção das violações de tensão, os perfis de tensão nas barras e as perdas de potência ativa no sistema à medida que os ajustes são realizados e o tráfego de dados associados aos comandos de regulação. ABSTRACT: Voltage magnitude control is an essential task for the operation of power transmission systems, being applied to keep voltage magnitudes within predetermined limits defined by regulatory agencies. To perform such a control, information regarding the current operating point and which control devices may be adjusted to take the system to an adequate operating point is required. It also applies data traffic technologies that enable the interaction between control devices and the execution of actions determined by system operators. This work proposes the study and development of an approach to determine the sequence of adjustments in voltage magnitude control considering aspects of data communication infrastructure. This approach consists of three components. The first component, the Control Manager, is responsible for determining the sequence of adjustments in the injections of reactive power to correct voltage violations on load buses whose magnitudes are out of the adequate limits. Such adjustments are determined based on two different sensitivity analyses by means of the reduced Jacobian matrix (JQV ) of the system power balance equations, which relates variations of reactive power injections with variations in voltage magnitudes. The second component consists in the Control Nodes, responsible for receiving commands defined by the Control Manager and do the recommended adjustments. The third component consist in the Communication Infrastructure, which is responsible for transmitting the data that characterize the current operating point and the commands to be executed by Control Nodes. Computational simulations have been carried out for the IEEE 14 and 57-bus systems to assess the effectiveness of the proposed approaches considering operational scenarios with voltage magnitude violations. These simulations make use of the NS-3 (Network Simulator 3 ) tool to represent the communications infrastructure elements and obtain metrics for data traffic, computing the average availability of WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) and DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) networks, in order to verify the differences between a wired and a wireless medium in providing data transmission service. The obtained results provide the reactive power dispatch to correct voltage magnitude violations, voltage profiles and active power losses as the recommended adjustments are executed and data traffic associated with regulation commands.