Dissertação
Determinação da tipologia de curvas de carga em frequências harmônicas para consumidores residenciais de baixa tensão.
Determination of the typology of load curves at harmonic frequencies for low voltage residential consumers
Registro en:
Autor
Neves Júnior, Vanildo Rodrigues
Institución
Resumen
The correct characterization of the load curves of consumers connected to electric grid,
especially in the low voltage segment, is of fundamental importance for the strategic planning
of electric energy distributors. Additionally, this characterization, represented in a practical way
through the typologies of load curves, is used by ANEEL aiming at the establishment of
regulatory methods for the formation of prices to consumers, contemplating aspects such as
quality of supply, as well as the determination of loss coefficients referring to transformers, low
voltage circuits and connection branches of consumer units. In this context, the current load
characterization model for electric energy distribution systems considers only active and
reactive powers at the fundamental frequency, and this process is carried out through
measurement campaigns, whose guidelines are established by ANEEL through the Module 2
of PRODIST – Distribution System Expansion Planning. However, the consideration of load
curves contemplating only the fundamental frequency of the system does not reflect the real
profile of the electrical loads that currently constitute the distribution systems, since almost all
these loads have non-linear characteristics in relation to the imposed voltage, resulting in the
injection of harmonic currents in the electrical grids. Given this context, the objective of this
work is to identify the harmonic components present in residential loads and define the typical
load curve, in terms of amplitude and phase angle, of the different harmonic components of
current injected by residential consumer units. In order to achieve this objective, a measurement
campaign was carried out that contemplated the parameters referring to the harmonic current in
a large electric energy distribution company. Thus, with the measurement records (mass
memories) associated with almost five hundred residential consumer units, each monitored
through digital meters, for a minimum period of seven consecutive days, the available data was
processed and, subsequently, the application of the cluster grouping technique, called k-means,
aiming at the characterization of typical curves of residential harmonic loads. The results
obtained allowed the temporal characterization of the direction and intensity of the harmonic
flow in the connection branches of low voltage residential consumers properly stratified in
different consumption classes, contributing, consequently, to a new model of load
characterization, where a trend of greater injection of harmonic components into the distribution
network by consumers with greater purchasing power. Finally, based on this characterization,
the technical losses of a given medium voltage distribution feeder were calculated considering
two different scenarios: (i) consideration only of load typologies at fundamental frequency and
(ii) consideration of load typologies at fundamental and harmonic frequencies. The obtained
results evidenced the importance of the typology of harmonic loads in the scope of the electric
energy distribution systems. Pesquisa sem auxílio de agências de fomento Dissertação (Mestrado) A correta caracterização das curvas de carga dos consumidores conectados às redes elétricas,
notadamente no segmento de baixa tensão, é de fundamental importância para o planejamento
estratégico das distribuidoras de energia elétrica. Adicionalmente, essa caracterização,
representada de forma prática através das tipologias de curvas de carga, é utilizada pela ANEEL
visando o estabelecimento de métodos regulatórios para a formação de preços aos
consumidores, contemplando aspectos como qualidade do fornecimento, assim como a
determinação dos coeficientes de perdas referentes aos transformadores, circuitos de baixa
tensão e ramais de ligação das unidades consumidoras. Nesse contexto, o modelo atual de
caracterização da carga para os sistemas de distribuição de energia elétrica considera apenas as
potências ativa e reativa na frequência fundamental, sendo que esse processo é realizado através
de campanhas de medição, cujas diretrizes são estabelecidas pela ANEEL através do Módulo 2
do PRODIST – Planejamento da Expansão do Sistema de Distribuição. Porém, a consideração
de curvas de carga contemplando apenas a frequência fundamental do sistema não reflete o
perfil real das cargas elétricas que constituem atualmente os sistemas de distribuição, uma vez
que a quase totalidade dessas cargas possuem características de não-linearidade em relação à
tensão imposta, resultando na injeção de correntes harmônicas nas redes elétricas. Diante desse
contexto, o objetivo deste trabalho é identificar as componentes harmônicas presentes nas
cargas residenciais e definir a curva de carga típica, em termos de amplitude e ângulo de fase,
das diferentes componentes harmônicas de corrente injetadas pelas unidades consumidoras
residenciais. Para o atingimento desse objetivo, foi realizada uma campanha de medidas que
contemplou os parâmetros referentes à corrente harmônica em uma grande empresa de
distribuição de energia elétrica. Assim, de posse dos registros de medição (memórias de massa)
associados a quase quinhentas unidades consumidoras residenciais, cada qual monitorada
através de medidores digitais, por um período mínimo de sete dias consecutivos, realizou-se o
tratamento dos dados disponíveis e, posteriormente, a aplicação da técnica de agrupamento de
clusters, denominada k-means, visando a caracterização das curvas típicas das cargas
harmônicas residenciais. Os resultados obtidos possibilitaram a caracterização temporal do
sentido e da intensidade do fluxo harmônico nos ramais de ligação de consumidores de baixa
tensão residenciais devidamente estratificados em diferentes classes de consumo, contribuindo,
consequentemente, para um novo modelo de caracterização da carga, segundo o qual é
identificada a tendência de um maior volume de injeção de componentes harmônicas na rede
de distribuição por consumidores com maior poder aquisitivo. Por fim, com base nessa
caracterização, foram calculadas as perdas técnicas de um determinado alimentador de
distribuição em média tensão considerando-se dois cenários distintos: (i) consideração apenas
das tipologias de carga na frequência fundamental e (ii) consideração das tipologias de cargas
nas frequências fundamental e harmônicas. Os resultados obtidos evidenciaram a importância
da tipologia de cargas harmônicas no âmbito dos sistemas de distribuição de energia elétrica.