sistema elétrico de potencia 2

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Curso:
Engenharia Elétrica
Disciplina: 
Análise de Sistemas de Energia 
Elétrica
Professor:
MsC. Eng.º Alex A. C. Bozz
SISTEMA DE ENERGIA ELÉTRICA
Funcionamento do SEP
• Geradores transformam energia mecânica em energia 
elétrica e injetam a potência elétrica gerada na rede de 
transmissão.
• A energia mecânica é fornecida por turbinas hidráulicas ou 
a vapor.
• Por razões econômicas (minimização de perdas), a 
transmissão é feita normalmente em tensões elevadas 
(345, 500, 750 kV)
• Devido a limitações físicas de isolamento elétrico, os 
geradores operam com tensões reduzidas, na faixa de 10 a 
30 kV.
ESTÁGIOS DE UM SEP
ONS - Geral
• O ONS é o "maestro" que controla e coordena a 
geração e transmissão de energia elétrica no Sistema 
Interligado Nacional (SIN), que corresponde a 96,6% da 
energia elétrica produzida no Brasil.
• Hoje existem 5 COS funcionando 24 horas por dia, 365 
dias do ano.
• A função do ONS é manter o SEP funcionando 
corretamente de acordo com suas diretrizes.
ONS - história
• O Operador Nacional do Sistema Elétrico é uma entidade privada
criada em 26 de agosto de 1998.
• É de sua responsabilidade a coordenação e o controle da operação
das instalações de geração e transmissão de energia elétrica nos
sistemas interligados brasileiros.
• O ONS é uma associação civil, cujos integrantes são as empresas de
geração, transmissão, distribuição, importadores e exportadores de
energia elétrica e consumidores livres, tendo o Ministério de Minas e
Energia como membro participante com poder de veto em questões
que conflitem com as diretrizes e políticas governamentais para o
setor.
ons - ESTRUTURA
• O operador tem 5 escritórios espalhados pelo Brasil. O
escritório central fica no Rio de Janeiro e também há
representantes do ONS em Recife, Brasília e Florianópolis.
• Os membros do órgão podem ser associados ou
participantes. O primeiro grupo é integrado por agentes de
geração (usinas), agentes de transmissão e agentes de
distribuição de energia elétrica integrantes do SIN, entre
outros. O segundo, pelo Ministério da Minas e Energia e pelos
conselhos de consumidores e pequenos distribuidores (abaixo
de 500 GWh/ano).
ons - ESTRUTURA
• A diretoria do ONS é composta por cinco integrantes
que ocupam os cargos durante quatro anos com direito
a apenas um segundo mandato de mais quatro anos.
Três dos diretores, entre eles o diretor geral, são
indicados pelo Ministério da Minas e Energia, enquanto
os outros dois são indicados pelas empresas
associadas.
ONS - ESTRUTURA
FUNÇÕES DE UM COS
• Aquisição de dados
FUNÇÕES DE UM COS
• Modelagem em Tempo-Real
FUNÇÕES DE UM COS
• Função de Análise
FUNÇÕES DE UM COS
• Visão simplificada das Funções de Análise
FLUXO DE CARGA EM SEP
• O FC é utilizado tanto no planejamento como na operação 
da rede.
• É parte de um procedimento mais complexo. Exemplos:
• Operação: Análise de segurança e controle de 
intercambio;
• Planejamento: Planejamento de expansão.
• Ao longo de anos, vários métodos de solução do FC foram 
propostos. Para cada aplicação existem métodos mais 
apropriados.
FLUXO DE CARGA - HISTÓRIA
• Network Analyzer - painéis em que os equipamentos do sistema eram
emulados através de conjunto de fontes, resistores, capacitores e
indutores variáveis;
• Primeiro método prático de solução do problema do FC através de um
computador digital → Ward e Hale, 1956 (método baseado na matriz Y);
• Métodos baseados na matriz Y: espaço de armazenamento pequeno,
convergência lenta;
• Começo da década de 60: métodos baseados na matriz Z(Gupta e
Davies, 1961). Convergência mais confiável, mais espaço de
armazenamento, mais lentos;
• Método de Newton (Van Ness, 1959). Convergência excelente, mas não
competitivo computacionalmente;
FLUXO DE CARGA - HISTÓRIA
• Meados da década de 60: técnicas de armazenamento compacto
e ordenamento da fatoração (Tinney e Walker, 1967) tornaram o
método de Newton muito mais rápido e exigindo pouco espaço de
memória, mantendo a característica de ótima convergência →
método de Newton passou a ser considerado como o melhor
método e foi adotado pela maioria das empresas de energia
elétrica;
• Década de 70: métodos desacoplados (Stott e Alsa¸c, 1974)
baseados no método de Newton foram propostos → ainda mais
rápidos, mantendo precisão e convergência. Somente em 1990 foi
apresentado um estudo teórico profundando das características
dos métodos desacoplados;
• Foram propostos ainda: variações dos métodos desacoplados
básicos, métodos para redes mal condicionadas, métodos para
redes de distribuição (média e baixa tensões), etc.
De onde vem a energia elétrica?
• O que ocorre nos sistemas de geração, transmissão e distribuição
de energia elétrica quando uma carga adicional é ligada na rede?
o 10−3𝑠: Transitório eletromagnético
A energia para suprir a carga adicional vem do próprio circuito
elétrico próximo a carga. Pode-se dizer que a nova carga toma
parte da energia armazenada em circuitos magnéticos.
o 10−1𝑠: Transitório eletromecânico
Após o impacto inicial, há uma resposta mecânica do sistema. A
energia adicional passa a ser suprida pelos rotores dos
geradores, promovendo a queda na frequência da rede.
o1𝑠: Atuação dos reguladores de velocidade
Quando a frequência cai, há um aumento na potência
gerada (Curva PF). Porem, como a frequência deve ser
mantida no valor nominal, isto se reflete na
necessidade de maior fluxo de água através das
turbinas.
o102𝑠: Controle carga - frequência - intercâmbio
Com o problema na frequência, os intercâmbios entre
as várias áreas nas quais a rede é dividida também
podem ser afetados pelo acréscimo de carga em uma
das áreas. Assim, uma das empresas se responsabiliza
pelo controle da frequência da rede como um todo,
enquanto as demais empresas tomam conta de seus
intercâmbios líquidos com as empresas adjacentes.
De onde vem a energia elétrica?
o 104 𝑠: Redespacho Econômico/Seguro
A atuação do controle PF nem sempre leva ao sistema a um
ponto de operação ótimo do ponto de vista econômico ou
em relação à segurança da operação. Assim, faz-se
necessário uma redistribuição dos fluxos e das potências
geradas.
o 1 𝑠𝑒𝑚𝑎𝑛𝑎: Planejamento da operação do sistema
É necessário definir quais geradores estarão em operação e
quando estarão. Este problema está ligado diretamente à
escala ótima de manutenção preventiva/periódica.
o 5 𝑎 20 𝑎𝑛𝑜𝑠: Planejamento da expansão do sistema
Acréscimos sucessivos dos níveis de carga acabam levando à
necessidade de se adicionarem novos geradores e linhas.
De onde vem a energia elétrica?
• Trata-se da análise do comportamento elétrico de um sistema em 
regime permanente, tanto para condições normais de operação, 
quanto em situações de emergências.
“CONSISTE EM SE DETERMINAR AS TENSÕES COMPLEXAS DOS 
BARRAMENTOS DO SEP”
• É talvez o mais importante estudo daqueles frequentemente 
realizados nos sistemas elétricos.
1 2
3
𝑉1 𝜃1 𝑉2 𝜃2
𝑉3 𝜃3
Fluxo de Carga
• Operação
o Neste caso procura-se antever o desempenho de
um SEP existente, ou seja, com suas configurações
estruturadas e parâmetros definidos para condições
de carga atual e de curto prazo (3 anos).
o Como resultado obtém-se as instruções operativas
para que o sistema funcione em condições
adequadas, nas condições de carga pesada, média e
leve. Também é avaliado o início de funcionamento
de novos elementos do sistema.
Aplicações
• Planejamento
o Esta aplicação tem por objetivo a estruturação do
SEP, tanto para sua implantação como para sua
expansão, a médio e longo prazo (5, 10 anos ou
mais),
o Os resultados dos estudos de fluxo de carga
permitem definir as características principais ds
elementos do sistema, bem comoo cronograma de
sua implantação. Também são realizados estudos de
curto prazo com vistas a ajustar os cronogramas de
obras previamente definidas.
Aplicações
• As simplificações que comumente se fazem em um cálculo de fluxo
de carga são:
o As cargas nos barramentos do sistema são supostas como
constantes, isto é, trabalha-se com um problema estático;
o Admite-se que o sistema opera de maneira equilibrada e
portanto um representação unifilar é suficiente;
o Os elementos passivos do sistema são representados com
parâmetros concentrados.
Suposições e Aproximações
• Geradores:
o São representados pelas suas potências ativa e reativa
geradas, sejam elas especificadas ou a serem calculadas.
• Cargas:
o Representadas pelas potência ativa e reativa consumidas.
𝑆𝐾
𝐺 = 𝑃𝐾
𝐺 + 𝑗𝑄𝐾
𝐺
𝑆𝐾
𝐶 = 𝑃𝐾
𝐶 + 𝑗𝑄𝐾
𝐶
Representações
• LTs:
o São representados pelo circuito π, normalmente com as susceptâncias
incluídas.
DE PARA R X B
1 2 𝑅𝑘𝑚 𝑋𝑘𝑚 𝐵𝑠ℎ𝑘𝑚
𝑏𝑠ℎ𝑘𝑚 =
𝐵𝑠ℎ𝑘𝑚
2
Representações
• Transformadores em fase:
o São representados pelo circuito π.
𝐴 = 𝑎𝑦𝑘𝑚
B = 𝑎(𝑎 − 1)𝑦𝑘𝑚
C = (1 − 𝑎)𝑦𝑘𝑚
Representações
• Transformadores em fase:
o São representados pelo circuito π.
o Se 𝑎 < 1?
B será Capacitivo e C será Indutivo
o Se 𝑎 > 1?
B será Indutivo e C será Capacitivo
𝐴 = 𝑎𝑦𝑘𝑚
B = 𝑎(𝑎 − 1)𝑦𝑘𝑚
C = (1 − 𝑎)𝑦𝑘𝑚
Representações