ABORDAGEM MULTIOBJETIVO PARA ALOCAÇÃO DE MONITORES DE QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

Abstract

RESUMO: Dentre os distúrbios de Qualidade da Energia Elétrica, destacam-se, entre os mais relevantes e de maior ocorrência, os afundamentos de tensão, pois além da sua natureza estocástica, o que torna difícil o seu monitoramento, causam enormes prejuízos às concessionárias e consumidores. O monitoramento constante é essencial para identificar os distúrbios existentes, no entanto os custos envolvidos inviabilizam o monitoramento completo do sistema, assim apenas um número reduzido de monitores está disponível, devendo serem instalados em posições estratégicas para cobrir a maior quantidade de eventos possíveis. Desta forma, percebe-se que a determinação dos pontos de instalação dos equipamentos é um fator crucial para o sucesso do plano de monitoramento. Este trabalho apresenta uma abordagem para a resolução do problema de alocação de monitores de qualidade de energia elétrica considerando vários aspectos do problema como a cobertura topológica, os afundamentos de tensão ocorridos, porém não monitorados e o custo total dos equipamentos instalados. Para contemplar os diversos aspectos mencionados, a abordagem proposta é baseada em um modelo de otimização multiobjetivo. O Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II (NSGA-II) foi empregado para resolução desse problema de otimização multiobjetivo devido a sua eficiência ao lidar com problemas de natureza combinatória. A abordagem proposta utiliza o Método das Posições de Falta para determinar os pontos de vulnerabilidade no Sistema de Distribuição para cada tipo de falta: monofásica, bifásica (fase-fase e fase-fase-terra) e trifásica. Dessa forma, a abordagem permite obter uma Matriz de Tensão Durante a Falta que representa o comportamento do sistema, considerando todos os tipos de faltas possíveis. A abordagem apresentada foi testada nos sistemas de 13, 34 e 37 barras do IEEE, simulados no software DigSILENT Power Factory 15.1. Os resultados obtidos permitem ao usuário à tomada de decisões sobre a quantidade e localização dos monitores que devem ser instalados, de forma a se adequar a realidade financeira da concessionária e evitar gastos desnecessários que não se traduzem em melhoria na capacidade de monitoramento. Desta forma, a concessionária pode adotar uma estratégia de monitoramento que leva em conta o número de afundamentos não cobertos, o custo total do monitoramento, a ambiguidade topológica, o total de cargas não monitoradas e a extensão da área de monitoramento. ABSTRACT: Among disturbances of Power Quality, the most relevant and with greatest rate of occurrence are voltage sags, as in addition to their stochastic nature, which makes monitoring difficult, they cause great losses to power supplies and to customers. Constant monitoring is an essential part of identifying the existing disturbances. However, the costs involved make the monitoring of the complete system infeasible, in such a way that only a reduced number of monitors are available, which need to be installed in strategic positions in order to cover the greatest number of possible events. Thus, it is possible to notice that determining the installation positions of the equipment is a crucial factor to the success of the monitoring plan. This work presents an approach for solving the problem of allocating monitors of power quality, considering various aspects of the problem, such as topological coverage, voltage sags that have happened but have not been monitored and total cost of equipment installed. In order to meet all mentioned aspects, the proposed approach is based on a multi-objective optimization model. The Non-Dominated Sorting Genetic Algorithm II was adopted to solve this multiobjective problem due to its efficiency in dealing with combinatorial problems. The proposed approach uses the Fault Position Method to determine the vulnerability points in the Distribution System for each type of fault: single-phase, two-phase (LL and LLG) and three-phase (LLL and LLLG). Thus, the approach allows to obtain a Voltage Matrix During Fault that represents the behavior of the system, considering all types of possible faults. The approach was submitted to IEEE 13, 34 and 37-bus distribution systems, which were simulated using DigSILENT Power Factory 15.1 software. The results allow the user to make decisions regarding the amount and the position of the monitors to be installed, in such a way as to seek adequacy to the financial reality of the power supplies’ and as to avoid unnecessary costs that would not result in improvements in monitoring performance. This way, the power utility can adopt a monitoring strategy that takes into account the number of non-covered sags, the total monitoring cost, the topological ambiguity, the total monitored charges and the size of the monitoring area.