Avaliação e minimização numérica do desequilíbrio de tensão : estimativa por análise de sensibilidade incremental e soluções analíticas

Abstract

O desequilíbrio de tensão é um dos parâmetros analisados com respeito à qualidade de energia, representando a diferença entre os módulos das tensões de um sistema elétrico trifásico e a defasagem angular das mesmas. Procura-se sempre trabalhar com tensões cossenoidais com módulos idênticos e defasagem angular de 120º elétricos entre elas, mas na prática, sempre existe um desvio desta situação ideal, devido a características como a má distribuição de cargas monofásicas e a presença de transformadores, linhas de transmissão e bancos de capacitores com diferença de construção entre as fases. Estas diferenças causam perdas tanto para o consumidor como para a concessionária, como a redução no rendimento de motores de indução trifásicos, por exemplo. A fim de determinar a influência dos parâmetros da rede (os módulos e ângulos das três fases) sobre o desequilíbrio de tensão e os valores necessários para reduzir ou até eliminar o mesmo, o presente trabalho desenvolve e apresenta dois métodos de análise. A influência de cada parâmetro é determinada através de cálculos de sensibilidade incremental, e as alterações necessárias para a redução são calculadas por soluções analíticas. O índice de quantificação do desequilíbrio considerado é o das componentes simétricas. Os métodos desenvolvidos foram implementados computacionalmente, e sua validade foi testada para uma série de situações de desequilíbrio. _______________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Voltage unbalance is one of the parameters analysed in power quality studies, representing the difference between the magnitudes of the voltages of a tri-phase electrical system, and the phase shift between these. It is desirable to have sinusoidal voltages with identical magnitudes and 120 electrical degrees phase shift between them, but in practice, there is always a deviation from this ideal case, due to characteristics such as bad distribution of single-phase loads and the presence of transformers, transmission lines e capacitor banks with assembly differences between phases. These differences cause losses both to the consumer and to the energy supplier, such as reduced efficiency of tri-phase induction motors. In order to determine the influence of the network’s parameters (magnitudes and phase shifts of the three phases) on voltage unbalance, and the values required to reduce or even eliminate it, the present work develops and presents two analysis methods. The influence of each parameter is determined through incremental sensitivity calculations, and the changes needed for reduction are calculated by analytical solutions. The quantification index considered is the symmetrical components method. All methods developed were implemented in software, and their validity was tested for a series of unbalance situations.