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Mémoire de Maîtrise
DOI
https://doi.org/10.11606/D.18.2021.tde-24032021-102152
Document
Auteur
Nom complet
Daniella de Barcellos Martins
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2021
Directeur
Jury
Pereira Junior, Benvindo Rodrigues (Président)
Arioli, Fernanda Caseño Trindade
Feltrin, Antonio Padilha
Titre en portugais
Análise de curto-circuito probabilístico em sistemas de distribuição de energia elétrica com geração distribuída
Mots-clés en portugais
Curto-circuito
Distribuição de energia elétrica
Geração distribuída
Incertezas
Probabilidade
Simulação de Monte Carlo
Resumé en portugais
Estudos de planejamento e operação de sistemas de distribuição de energia elétrica são essenciais para garantir qualidade e confiabilidade do fornecimento de energia aos consumidores finais. A determinação das correntes de curto-circuito no sistema elétrico faz parte destes estudos e permite o ajuste, determinação e coordenação do sistema de proteção, além do dimensionamento de equipamentos, do sistema de aterramento e da capacidade térmica e mecânica suportada pelos elementos do sistema. Atualmente, o aumento contínuo da demanda de energia e a preocupação com o meio ambiente resultaram na crescente inserção de geração distribuída nas redes de distribuição. No entanto, a inserção de geradores distribuídos pode elevar os níveis de curto-circuito, podendo causar a perda de coordenação dos dispositivos de proteção. O uso de geradores distribuídos também aumenta a aleatoriedade do problema de cálculo de curto-circuito devido às fontes primárias intermitentes empregadas, como sol e vento. Assim, a determinação das correntes de curto-circuito, considerando a influência de geradores distribuídos e a estocasticidade inerente ao problema, torna-se necessária. Nesta pesquisa, propõe-se uma metodologia probabilística para determinar as correntes de curto-circuito em sistemas de distribuição, considerando as incertezas associadas à geração de energia proveniente de fontes intermitentes como solar e eólica, à variação de carga do sistema, bem como as incertezas associadas ao local, tipo, e resistência de falta. A metodologia desenvolvida utiliza a simulação de Monte Carlo em conjunto com uma técnica de compensação híbrida, permitindo a obtenção das funções densidade de probabilidade das correntes de curto-circuito. A técnica de compensação híbrida empregada considera uma abordagem em coordenadas de fase, uma vez que a aplicação direta do método de componentes simétricas em redes de distribuição pode ser inadequada. Para a abordagem probabilística, avaliou-se um sistema-teste de 135 barras, no qual foram aplicados 50.000 eventos de falta para a obtenção das funções densidade de probabilidade das correntes medidas nos ramos do sistema. Os resultados permitiram a verificação da influência das unidades de geração distribuída nas correntes de curto-circuito e a eficiência da metodologia desenvolvida. A abordagem probabilística realizada permite que cenários mais realistas de falta sejam considerados e que não somente valores extremos da corrente de falta sejam obtidos. Assim, pode-se realizar uma melhor abordagem envolvendo custos e riscos no dimensionamento e planejamento do sistema de proteção e demais elementos da rede.
Titre en anglais
Probabilistic short-circuit analysis in power distribution systems with distributed generation
Mots-clés en anglais
Distributed generation
Electric power distribution
Monte Carlo Simulation
Probability
Short-circuit
Uncertainties
Resumé en anglais
Studies on the planning and operation of power distribution systems are essential to ensure the quality and reliability of energy supply to final consumers. The determination of short-circuit currents in the electrical system is part of these studies. It allows the adjustment, determination, and coordination of the protection system and the dimensioning of equipment, the grounding system, and the system elements' thermal and mechanical capacity. The continuous increase in energy demand and concern for the environment resulted in the increasing insertion of distributed generation in the distribution networks. However, the insertion of distributed generators can increase the short-circuit levels, which can cause the loss of coordination of the protection devices. The use of distributed generators also increases the fault problem's randomness due to the intermittent primary sources used, such as sun and wind. Thus, the determination of short-circuit currents considering the influence of distributed generators and the stochasticity inherent to the problem is necessary. In this research, a probabilistic methodology is proposed to determine the short-circuit currents in distribution systems, considering the uncertainties associated with the power generation from intermittent sources such as solar and wind, the variation of the system load, as well as the uncertainties related to the location, type, and fault resistance. The methodology developed uses the Monte Carlo simulation in conjunction with a hybrid compensation technique, allowing obtaining the short-circuit currents' probability density functions. The hybrid compensation technique employed considers an approach in phase coordinates since the direct application of the symmetric component method in distribution networks is inadequate. For the probabilistic approach, a 135-bus test system was evaluated, in which 50,000 fault events were applied to obtain the probability density functions of the currents estimated in the system branches. The results allowed the verification of the influence of the distributed generation units in the short-circuit currents and the developed methodology's efficiency. The probabilistic approach allows for more realistic fault scenarios to be considered and not only extreme values of the fault current to be obtained. Thus, a better approach can be carried out involving costs and risks in the dimensioning and planning of the protection system and other network elements.
 
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Errata_Daniella.pdf (124.12 Kbytes)
Date de Publication
2021-06-22
 
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