Análise intervalar do fluxo de potência em microrredes com distorções harmônicas: uma abordagem usando série de Taylor
Authors:   , Sousa Letícia Lacerda Santos de 
Published: December 2024

O constante crescimento do consumo de energia elétrica aliado à utilização de fontes alternativas resulta em um maior número de questões relativas à qualidade de energia. Além disso, a incerteza acerca dos dados de carga e geração em tempo real dificulta a análise de redes elétricas. A importância do tratamento de incertezas nos métodos destinados à avaliação de sistemas de potência está diretamente relacionada às tomadas de decisão em um centro de controle, garantindo uma visão panorâmica e sistêmica a qual prima por maior confiabilidade e segurança para o planejamento e operação. Dentro desse contexto, este trabalho tem como objetivo propor ferramentas para a análise intervalar baseadas no cálculo do Fluxo de Potência (FP) e Fluxo de Potência Harmônico (FPH) considerando microrredes operando conectadas à rede principal e de forma ilhada assumindo incertezas nos valores de carga e geração. Devido à escassez de trabalhos correlatos que avaliam a introdução de incertezas em microrredes, este trabalho propõe o desenvolvimento de um fluxo de potência intervalar em coordenadas polares de tensão (magnitude e ângulo) para avaliar a operação dessas redes e da propagação harmônica nas mesmas. Com base na expansão até os termos de segunda ordem da série de Taylor em que as derivadas das equações algébricas do FP são calculadas em relação a um parâmetro de incerteza percentual, determina-se o impacto de dados incertos nas soluções possíveis do FP. A razão do uso da série de Taylor está relacionada à facilidade de manipulação das equações a serem implementadas. Assim, o método utiliza, além da matriz Jacobiana contendo as derivadas de primeira ordem, a matriz Hessiana referente às equações de FP e FPH, contendo todas as derivadas parciais de segunda ordem. A fim de conectar unidades de Geração Distribuída (GDs) às microrredes, são considerados inversores do tipo fonte de tensão (do inglês, VSIs (Voltage Source Inverters)) com suas características de controle de frequência (do inglês, frequency droop control) com o propósito de avaliar não somente as variáveis de estado operativo da rede mas também o impacto das incertezas no valor da frequência, em Hz, das microrredes. Para as simulações computacionais, são utilizados os sistemas IEEE de 33 e 69 barras, modificados a partir da inclusão de GDs e cargas não lineares, modeladas como fontes de corrente harmônica. Os resultados demonstram, de maneira prática, como o método desenvolvido permite calcular intervalos associados às magnitudes e ângulos de tensão de uma microrrede bem como sua frequência e as distorções harmônicas em cada barra. Para validar a metodologia proposta, simulações de Monte Carlo (MC) são conduzidas, atestando a compatibilidade entre as soluções fornecidas pelas mesmas. Como principais contribuições, a metodologia proposta determina a solução com menor tempo computacional uma vez que os cálculos são efetuados de maneira direta sem característica iterativa e apresenta resultados semelhantes aos de MC.