Otimização multiobjetivo da compensação de potência reativa em redes de distribuição considerando restrições de distorção harmônica

A localização de bancos de capacitores nas redes de distribuição de energia elétrica, corretamente dimensionados, busca compensar eventuais excessos de circulação de potência reativa pelas linhas, o que implica a redução de custos operacionais pela redução das perdas de energia e um aumento da capacidade de transmissão de potência ativa assegurando os níveis estabelecidos de tensão e fator de potência simultaneamente. A proliferação das cargas não lineares provocou uma mudança nos cenários de estudo dos sistemas elétricos de potência devido aos efeitos nocivos que os harmônicos gerados por elas ocasionam sobre a qualidade da energia elétrica. Considerando este novo cenário, esta tese tem como objetivo geral desenvolver uma ferramenta computacional utilizando técnicas de inteligência computacional apoiada em algoritmos genéticos (AG), para a otimização multiobjetivo da compensação da potência reativa em redes elétricas de distribuição capaz de localizar e dimensionar de forma ótima as unidades de compensação necessárias para obter os melhores benefícios econômicos e a manutenção dos índices de qualidade da energia estabelecidos pelas normas brasileiras. Como Inovação Tecnológica do trabalho a ferramenta computacional desenvolvida permite otimizar a compensação da potência reativa para melhorar do fator de potência em redes de distribuição contaminadas com harmônicos que, diferentemente de métodos anteriores, não só emprega bancos de capacitores, mas também filtros de harmônicos com esse objetivo. Utiliza-se o algoritmo NSGA-II, que determina as soluções ótimas de Pareto para o problema e permite ao especialista determinar as soluções mais efetivas. A proposta para a solução do problema apresenta várias inovações podendo-se destacar que a solução obtida permite determinar a compensação de potência reativa com capacitores em sistemas com certa penetração harmônica, atendendo a normas de qualidade de energia pertinentes, com relação aos níveis de distorção harmônica tolerados.

ABSTRACT: The localization of capacitors banks in the electric power distribution networks, correctly sized, looks for to compensate eventual excesses of circulation of reactive power for transmission lines, what implies the reduction of operational costs for the reduction of the energy losses and an increase of the capacity of transmission of active power assuring the established levels of voltage and power factor simultaneously. The proliferation of the nonlinear loads produced a change in the scenarios of study of the electric power systems due to the degradation effects that the harmonic generated by them cause about the quality of the electric power. Considering this new scenario, this thesis has as general objective to develop a computational tool using computational intelligence supported in genetic algorithms (GA), for the multiobjective optimization of the reactive power compensation in distribution electric networks able to locate and size in a good way the necessary compensation units to achieve the best economic benefits and the maintenance of the indexes of quality of the energy settled down by the Brazilian norms. As technological innovation of the work, the developed computational tool allows to optimize the compensation of the reactive power to improve the power factor in polluted distribution networks with harmonics that, differently of previous methods, not alone it uses capacitors banks, but also harmonic filters with that objective. The NSGA-II algorithm is used to determine optimal solutions of Pareto for the problem and it allows the specialist to determine the most effective solutions. The formulation proposed in this thesis for the solution of the problem presents several novelties being able to highlight that the achieved solution allows to determine the compensation of reactive power in systems with certain harmonic penetration, complying with pertinent standards of power quality, with respect to the tolerated levels of harmonic distortion.