Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/10451/20678
Título: Modelação de redes elétricas congestionadas
Autor: Casaleiro, Ângelo Filipe Ferreira
Orientador: Duque, Joaquim
Estanqueiro, Ana Isabel
Palavras-chave: Redes elétricas
Capacidade dinâmica de transporte de energia
Gestão do congestionamento de redes
Comportamento térmico de condutores aéreos
Transporte de energia
Teses de mestrado - 2015
Data de Defesa: 2015
Resumo: A capacidade máxima de condutores aéreos para o transporte de corrente elétrica numa rede de transporte e distribuição de energia elétrica (TDEE) é, direta ou indiretamente, determinada com base no comportamento térmico desses condutores. A estimativa ou predição desta capacidade de um modo dinâmico, usualmente designada por dynamic (thermal) line rating (DLR), tem vindo a ser alvo de crescente interesse e desenvolvimento, por se revelar uma ferramenta eficaz na minimização da necessidade de ampliação da rede de TDDE em sistemas electroprodutores com crescente procura energética e com o consequente aumento do número de fontes produtoras de energia, nomeadamente fontes renováveis descentralizadas. No âmbito de um projeto geral que integra o desenvolvimento de sistemas de informação geográfica, modelos de otimização e interfaces de apoio à gestão, é objetivo desta dissertação o desenvolvimento de um modelo numérico que possibilite a análise dinâmica da capacidade de transporte de corrente de qualquer rede de TDEE, evidenciando os benefícios dessa análise em regiões remotas com elevada exploração de recurso eólico. A formulação matemática do comportamento térmico de condutores aéreos permitiu desenvolver um modelo numérico em software MatLab® que tem em conta as variáveis meteorológicas, eventualmente obtidas em tempo real. Numa primeira fase foi desenvolvido um modelo numérico de validação com os exemplos do relatório CIGRÉ, que se verificou constituir um excelente protótipo ao desenvolvimento da versão final que se adequa a uma aplicação real como se demonstra para três situações de um caso de estudo. A metodologia usada, para determinar a capacidade máxima de uma linha, passa pela identificação do troço mais limitativo. Para esse efeito atribuiu-se a cada troço de linha elétrica diferentes valores horários de irradiação solar, velocidade média e ângulo de incidência do vento, e temperatura ambiente. A validação da fiabilidade do modelo recorreu a um caso de estudo real de uma zona interior do país, conhecida por Pinhal Interior que integra 46 linhas elétricas de muito alta tensão (220 kV e 150 kV) constituídas por diferentes tipos de cabos condutores. A análise DRL para i) um dia de verão com eolicidade crescente, ii) um dia típico de verão e iii) um dia típico de inverno, permitiu comprovar a generalidade e adequabilidade do modelo a situações reais. Permitiu ainda observar os impactos dos diversos parâmetros meteorológicos no comportamento térmico de condutores aéreos e, consequentemente, na sua capacidade de transporte de corrente elétrica. O detalhe utilizado na avaliação das perdas térmicas por efeito convectivo permitiu concluir que a velocidade do vento, dentro do intervalo de valores estudado, tem uma importância muito significativa no arrefecimento dos condutores. Este facto demonstra a relevância de uma análise dinâmica da capacidade de transporte de corrente elétrica em regiões de elevada eolicidade. Os estudos desenvolvidos permitiram demonstrar a mais-valia da análise de DLR na gestão de sistemas de transporte de energia, no apoio às decisões de alargamento das redes de TDEE e no contributo para a espectável evolução para redes inteligentes. Com efeito, o modelo é passível de ser aplicado a múltiplas regiões adjacentes na perspetiva da otimização da produção face ao consumo local por forma a diminuir as correntes elétricas de interligação regional.
The determination of the real-time maximum current in a conductor for the overhead line safe and reliable operation is defined as dynamic (thermal) line rating (DLR). The DLR methodologies are directly based on a thermal balance of the overhead conductors and have been subject, over the last years, to a great deal of interest and improvements, since they provide a cost-effective tool to maximize the capacity of powerlines and, therefore, reduce or delay the need to reinforce the transmission and distribution (T&D) networks, which are becoming increasingly difficult to implement. A DLR operation may be particularly useful for power systems experiencing an energy demand increase with a consequent rise on the number of power stations, generally dispersed, and using renewable sources. The development of the present numeric model for DLR analysis of any T&D network was conceived as a part of a GIS interface, for decision making support, that also integrates optimization models and meteorological data gathering and processing. The DLR analysis is particularly useful for the transmission lines connecting the remote locations with high power generation from renewable resources, namely from wind exploration power plants. The mathematical formulation of the thermal behavior for the overhead conductors (OHC) lead to the development of a numerical model in MatLab® based on the meteorological conditions, eventually in real-time, for the power line. The first numerical model, developed for verification purposes against the examples of CIGRÉ report, turned out to be an excellent prototype for the development of a final version, suitable to study real life situations, as shown by three examples of a case study. The methodology used to compute the maximum current capacity of an overhead line requires to identify its most limitative span. This is done by assigning to each span, for all the lines of the network under analysis, a set of hourly values for solar irradiation, wind average speed and incidence angle and air temperature. To verify the model reliability, a real case study of a Portuguese region, known as Pinhal Interior, was used. The area under study has 46 high voltage lines (220 kV and 150 kV) with different types of electric cables. The DLR analysis for i) a summer day with rising wind velocities, ii) a typical summer day and iii) a typical winter day, confirmed the generality, versatility and applicability of the model for real situations. Furthermore, it enables the assessment of the impact for different meteorological parameters on OHC’s thermal behavior, hence, on their ampacity. The evaluation of heat loss by forced convection makes clear that wind speed, for the set of values under study, has a very large contribution to the conductor’s cooling. This fact also highlights the importance of that kind of analysis for remote regions with high contribution of wind power production. These studies emphasized the interest of a DLR analysis, as a power management and decision making support tool for network enlargement planning, and contribute to smart grid implementation. In fact, the present model is applicable to modeling a limited set of adjacent regions in order to optimize the local offer-demand balance and reduce the electric currents in the inter-regional connections.
Descrição: Tese de mestrado integrado, Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015
URI: http://hdl.handle.net/10451/20678
Designação: Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente
Aparece nas colecções:FC - Dissertações de Mestrado

Ficheiros deste registo:
Ficheiro Descrição TamanhoFormato 
ulfc115870_tm_Ângelo_Casaleiro.pdf2,83 MBAdobe PDFVer/Abrir


FacebookTwitterDeliciousLinkedInDiggGoogle BookmarksMySpace
Formato BibTex MendeleyEndnote 

Todos os registos no repositório estão protegidos por leis de copyright, com todos os direitos reservados.