Publicada em

24/06/2016

Bruno Silva Torres

167 – Proposta de um sistema inteligente distribuído para autorrecu-peração de redes elétricas inteligentes

Resumo

As exigências cada vez mais crescentes da sociedade por um abastecimento de energia cada vez mais confiável e com qualidade têm levado as concessionárias de energia elétrica a estabelecer novos procedimentos operativos, automatismos e infraestruturas mais flexíveis. É neste contexto que surge o conceito de redes elétricas inteligentes, visando atender os consumidores de forma mais eficiente, com altos graus de continuidade e qualidade. Esta estrutura em redes elétricas inteligentes possibilitou que uma área já existente nos estudos de sistemas elétricos, o restabelecimento sistêmico, pudesse vir a ser incrementada pela introdução de outras possibilidades de fornecimento de energia e pela automação das redes elétricas. Este trabalho apresenta uma contribuição nesta área, através do desenvolvimento de um sistema de autorrecuperação para redes elétricas inteligentes de distribuição com uma abordagem de sistemas distribuídos. A lógica do processo de detecção, localização e isolamento de um curto-circuito e, consequente, recuperação dos ramais sem energia é feita de forma descentralizada e pode ser embarcada em cada chave automatizada. Assim, foram desenvolvidos dois tipos de algoritmos baseados na localização das chaves no sistema: chaves de subestações e chaves de ramais. Estes algoritmos, implantados em cada chave do sistema de distribuição e sem nenhum tipo de controle centralizado, permitem que a decisão de chaveamento seja tomado restringindo-se a comunicação somente às chaves adjacentes. Mesmo assim, as condições operativas de toda a rede necessária para a solução do problema são observadas, sendo levadas em consideração suas condições pré-falta, seus limites operativos e a disponibilidade sistêmica. Ao final, o conjunto de chaveamentos individualizados forma um plano de restabelecimento sistêmico integrado, onde a mudança de posição de uma chave depende das condições operativas observadas por outras chaves, muitas vezes distantes dela elétrica e geograficamente. Esta profundidade de busca é conseguida, pois durante o processo de restabelecimento, são realizadas várias transferências de dados, montando-se diversas árvores de busca onde os nós são as chaves e os troncos são os ramais do sistema de distribuição. O sistema de autorrecuperação desenvolvido foi testado, através de simulações computacionais, em um sistema de distribuição real, com seu restabelecimento integral para diversos categorias de curtos-circuitos. Foram testados, curtos-circuitos isolados, sequenciais e simultâneos. Mesmo em condições severas de desligamentos sistêmicos, o sistema de autorrecuperação apresentou chaveamentos que permitiram que todo o sistema de distribuição sem falta fosse novamente energizado. Análises comparativas críticas entre os chaveamentos produzidos nestas soluções foram realizadas confrontando os chaveamentos produzidos pela solução clássica distribuída e por planos de restabelecimento realizados por procedimentos centralizados. A comparação com a solução clássica distribuída mostra que a solução produzida pelo sistema proposto sempre é igual ou superior, pois a solução clássica é uma das soluções testadas durante o processo de restabelecimento. A comparação com os sistemas centralizados mostram que os chaveamentos produzidos pelo sistema de autorrecuperação desenvolvido apresentam resultados similares e promissores.

Abstract

Power-utilities had to establish new operating procedures, automation and flexible infrastructure in order to provide reliable and good quality of energy to the society. Smart grids appeared in this context, to supply to the customers energy with more efficiency, more quality and less downtime. The smart grid structure increased the power system restoration capabilities by introducing other possibilities of energy sources and by the automation of the electrical networks. This work presents a contribution in this area, where a self-healing system for distribution smart grids using a distributed architecture is developed. The logic of detection, location and isolation of short-circuit and, consequently, recovery of the feeder is done in a decentralized manner and can be embedded in each breaker. Thus, two types of algorithms, based on the location of the breakers in the system have been developed: one for substation breakers and another for feeder breakers. These algorithms, embedded on each breaker of the distribution system and without any kind of centralized control, allow the switching decision to be taken by restricting communication only with adjacent breakers. Even so, the operating conditions of the entire network required for the solution of the problem are observed, being taken into consideration their pre-fault conditions, their operating limits and systemic availability. In the end, a set of individualized switching produces a plan of restoration where the switching of a breaker depends on the operating conditions observed by other breakers, often far away from it electrically and geographically. This depth of search is achieved, because during the process of restoration, several data transfer is performed. These data transfers build various search trees where the nodes are the breakers and the connectors are the distribution feeders. The proposed self-healing system has been tested, through computational simulations, in a real distribution system, with its full restoration for various categories of short-circuits, among them: singles, sequential and simultaneous. Even in severe conditions of systemic shutdowns, the proposed self-healing system created a set of switching that allowed all distribution system to be energized again. Critical comparisons between the produced switching in the proposed approach and the classical solution were performed. The proposed approach has also been compared with restoration plans conducted by centralized procedures. The proposed solution has always equal or superior performance when compared with the classical solution, considering the restoration process. The comparison with the centralized systems shows that the switching produced by the proposed self-healing system presents similar and promising results.

 

Data da defesa: 24/06/2016

Banca Examinadora

Orientador(a): Alexandre Rasi Aoki (Lactec)
Membro da Banca: Rodrigo Jardim Riella (Lactec)
Membro da Banca: Cresencio Silvio Segura Salas (Lactec)
Membro da Banca: Thelma S. Piazza Fernandes (UFPR)

Palavra(s)-Chave: Redes Elétricas Inteligentes. Autorrecuperação. Controle Distribuído. Automação de Sistemas Elétricas. Busca em Profundidade.

Keywords: Smart grids. Self-healing system. Distributed architecture. Distribution automation. Search technique.

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