O que é?
O problema de fluxo de potência, ou fluxo de carga, tem como função obter-se o estado operativo de uma rede elétrica em regime permanente senoidal, sinalizando os caminhos percorridos pelas potências ativa e reativa em todos os elementos da rede elétrica, além do fasor tensão em todas as barras. A resolução e a análise do fluxo de potência são de grande importância para as operações em tempo real do sistema e também para o planejamento de sua melhor operação e expansão.
Estudos de fluxo de potência
Para que serve?
As concessionárias de energia e demais empresas do setor elétrico possuem grande interesse em realizar estudos de fluxo de potência, com o objetivo de tornar a operação do setor elétrico mais otimizada, segura e econômica. Tais alterações podem ser tanto no planejamento da expansão do sistema, relacionadas à adição de novas cargas e demais equipamentos, como na operação, relacionadas à ajustes e mudanças na topologia do sistema.
No âmbito da operação do sistema, é possível realizar ajustes que hoje em dia são estudos de diversas linhas de pesquisa. Um exemplo desses estudos é o ajuste em dispositivos de controle de tensão, na qual pode ser feito tanto por injeção de potência reativa como por alteração da posição dos taps dos transformadores.
Na parte do planejamento da expansão do sistema, tem-se estudos relacionados à instalação de novas linhas de transmissão, transformadores e também à interconexão com outros sistemas. No Brasil, o Sistema Elétrico é interligado, ou seja, entender como interconectar sistemas e onde fazê-lo é fundamental para que se tenha um Sistema Elétrico seguro e eficaz.
A questão da Geração Distribuída (GD), que se caracteriza por produzir energia junto ou próximo ao consumidor, é uma área que também está sendo bastante explorada pelos estudos de fluxo de potência. Entretanto, a utilização em excesso de sistemas de GD pode ocasionar problemas na regulação de tensão na rede elétrica e, portanto, se faz uso de simulações de fluxo de potência para avaliar esses impactos.
Elementos de um Sistema Elétrico
Com a resolução do fluxo de potência, é possível obter-se as tensões e seus ângulos de fase nas barras (nós) da rede elétrica, assim como determinar as potências ativa e reativa através de linhas, geradores e demais cargas no sistema. A imagem abaixo mostra uma simulação de um sistema de 3 barras feito no software Power World, mostrando alguns dos resultados que se pode obter na resolução do fluxo de potência:
Esse sistema utiliza alguns elementos como um transformador e mais duas cargas conectadas entre as barras B e C. As setas verde e roxa que fluem pelas linhas representam as potências ativa e reativa, respectivamente.
Como se resolve um fluxo de potência?
Há diversas formas de se calcular o fluxo de potência. Tais cálculos, que também podem ser chamados de métodos, são todos iterativos, na qual os mais aplicados são os métodos de Gauss-Seidel, Newton-Raphson e seus derivados. Todos esses métodos possuem como base a simples busca por raízes de um sistema de equações não lineares.
Entretanto, antes de tudo é necessário saber que em um Sistema Elétrico existem as partes de geração, transmissão e distribuição de energia, que operam em diferentes níveis de tensão. O fato de trabalharem em diferentes níveis de energia faz com que alguns métodos não sejam tão aplicáveis em algumas partes do Sistema Elétrico. Um exemplo dessa problemática é a utilização dos métodos de Gauss-Seidel e Newton-Raphson no contexto dos sistemas de distribuição, que por alimentarem um grande número de cargas e estarem conectadas à rede de diversas formas, faz com que se demande dos métodos iterações numéricas elevadas, muitas vezes não atingindo a solução do problema e exigindo um grande esforço computacional.
Para saber mais sobre o assunto
Para quem desejar conhecer mais sobre o tema, existem algumas ferramentas para esta área. Alguns softwares existentes que conseguem realizar cálculos de fluxo de potência são o ANAREDE (Análise de Redes Elétricas), Power World e o OpenDSS. Já para quem busca uma fundamentação teórica, alguns livros que tratam sobre o tema são:
Power System Analysis (John J. Grainger; William D. Stevenson, Jr.): um livro bastante completo que aborda muitos assuntos relacionados à área de Sistemas de Potência, com maiores explicações e detalhes sobre as soluções de Fluxo de Potência.
Fundamentos de Sistemas Elétricos de Potência (Luiz Cera Zanetta Jr.): este livro traz uma abordagem semelhante ao anterior, com explicações mais detalhadas sobre Fluxo de Potência. Escrito em português.