Dissertação
Capacidade de hospedagem de geração distribuída baseada em otimização usando o método de injeção de correntes trifásico a quatro fios
Autor
Escarati, Mariana de Oliveira
Institución
Resumen
This paper presents a novel deterministic approach to calculate the maximum hosting
capacity of generation to be accomodated in energy distibution systems, based on the
formulation of an optimization problem in which the objective function aims to maximize
the total amount of active power injected into the network subject to inequality constraints
associated with three phase voltage magnitudes, neutral-to-earth voltage (NEV) magnitudes, reverse power flow at the utility substation and voltage unbalance factor. To
calculate the load flow in power distribution systems, the Three-Phase Four-Wire Current
Injection Method (TPFWCIM) is modeled through equality constraints incorporated into
the optimization model. The solution provided by the Sequential Quadratic Programming
(SQP) method seeking to combine advantageous computacional time with a viable solution
that meets the problem constraints. Computational simulations are performed using
a IEEE 33 bus test system and 6.6 kV distribution system based on the modeling of
UFJF (Federal University of Juiz de Fora) medium-voltage network in order to prove the
applicability of the proposed methodology, showing the impact of the neutral conductor in
calculations regarding distributed generation hosting capacity in medium voltage networks.
Several scenarios are evaluated by analyzing load conditions, grounding impedance and
power factor oof distributed generation units. As a methodological contribution, the
four-wire-three-phase formulation for deterministic studies of hosting capacity using the
TPFWCIM equations is considered, taking into acount the representation of the neutral
conductor in multi-grounded systems, being a valuable tool for studies of maximum accomodation of non-dipatchable energy in medium-voltage systems, ensuring the quality of
energy supplied by utilities and delivered to consumers. Este trabalho apresenta uma nova abordagem determinística para calcular a máxima
capacidade de hospedagem de geração a ser acomodada em sistemas de distribuição de
energia, baseada na formulação de um problema de otimização no qual a função objetivo
visa maximizar o montante total de potência ativa injetada na rede sujeito às restrições
de desigualdade associadas às magnitudes de tensão nas três fases do sistema, magnitude
da tensão do neutro à terra (do inglês Neutral-to-Earth Voltage - NEV ), fluxo reverso na
subestação da concessionária e fator de desequilíbrio de tensão. Para calcular o fluxo de
carga em sistemas de distribuição de média tensão, as equações do Método de Injeção de
Correntes Trifásico a Quatro fios (MICTQ) são incorporadas ao modelo de otimização como
restrições de igualdade. A solução é fornecida pelo método da Programação Quadrática
Sequencial (PQS) buscando aliar um tempo computacional vantajoso com uma resposta
viável e factível que atenda às restrições do problema. Simulações computacionais são
realizadas utilizando um sistema teste de 33 barras e um sistema de distribuição de 6,6 kV
baseado na modelagem da rede de média tensão da UFJF (Universidade Federal de Juiz de
Fora) para comprovar a aplicabilidade da metodologia proposta, mostrando o impacto do
condutor neutro nos cálculos referentes à capacidade de hospedagem de geração distribuída
em redes de média tensão. Diversos cenários são avaliados analisando-se condições de
carga, impedância de aterramento e fator de potência das unidades de geração distribuída.
Como contribuição metodológica, tem-se a formulação trifásica a quatro fios para estudos
determinísticos de capacidade de hospedagem usando as equações do MICTQ considerando
a representação do condutor neutro em sistemas multi-aterrados, sendo uma ferramenta
valiosa para estudos de máxima acomodação de energia não despachável em sistemas de
média tensão garantindo a qualidade de energia fornecida pelas concessionárias e entregue
aos consumidores.