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Tipo do documento: Tese
Título: Planejamento de Baterias em Redes de Distribuição Inteligentes sob Incerteza
Título(s) alternativo(s): Battery Planning in Smart Distribution Networks under Uncertainty
Autor: BAPTISTA, João Eduardo Ribeiro 
Primeiro orientador: SILVA, Maria da Guia da
Primeiro coorientador: RODRIGUES, Anselmo Barbosa
Primeiro membro da banca: SILVA, Maria da Guia da
Segundo membro da banca: RODRIGUES, Anselmo Barbosa
Terceiro membro da banca: ARAÚJO, Leandro Ramos de
Quarto membro da banca: CASTRO, José Filho da Costa
Quinto membro da banca: RAPOSO, Antonio Adolpho Martins
Resumo: Atualmente, os sistemas de distribuição passam por um processo de transformação em redes elétricas inteligentes (REI). Uma das características esperadas de REI é que incorporem recursos energéticos distribuídos baseados em fontes renováveis, sobretudo solar. A falta de simultaneidade da produção energética destas fontes em relação à demanda pode resultar em problemas operacionais, dentre os quais destaca-se o risco de ocorrência de sobretensões. Por este motivo, espera-se que os sistemas de armazenamento de energia (SAE) desempenhem papel fundamental, pois permitem adequar os desvios entre a oferta de geração e a demanda, mitigando violações de tensão. No entanto, estes dispositivos têm alto custo, de forma que seus investimentos devem ser planejados de maneira a obter a melhor relação de custo-benefício. Neste contexto, propõe-se neste trabalho uma metodologia de planejamento de SAE à bateria (SAEB) para REI de distribuição com objetivo de controlar os riscos de violações dos índices de conformidade de tensão frente a incertezas de demanda, geração fotovoltaica e de indisponibilidades dos SAEB ocasionadas por falhas de seus componentes ou da rede de telecomunicação (RTCOM) usada nos seus controles. A metodologia se baseia em uma sequência de estudos que resulta no número, posicionamento e dimensões dos SAEB e configuração da RTCOM, além de permitir ao engenheiro de planejamento testar reforços da solução frente a incertezas por meio de investimentos em tapes comutáveis sob carga e melhorias da disponibilidade da RTCOM. Para isso utilizam-se quatro subproblemas: um problema de alocação ótima de SAEB, um método de obtenção de taxas de falha equivalentes para os bancos de baterias, o projeto ótimo da RTCOM e a avaliação probabilística da conformidade de tensão da REI utilizada para testar as soluções de planejamento frente a incertezas. O primeiro e o terceiro problemas são solucionados a partir de algoritmos genéticos, enquanto o segundo e último se baseiam em simulação Monte Carlo (SMC) sequencial. Embarcados ao modelo de alocação estão um modelo de otimização que determina os despachos típicos dos SAEB e um modelo de estimação da vida útil das baterias baseado nestes despachos. As estimativas de vida útil também são utilizadas para ajustar as distribuições dos tempos de falha das baterias que servem como parâmetros de entrada da SMC que gera taxas de falha equivalentes para os bancos de baterias coerentes com as condições operacionais esperadas. Já a SMC que avalia a conformidade de tensão utiliza tanto o mesmo modelo de despacho típico já utilizado pela alocação como também modelos de otimização que representam controles em tempo real para redespacho e para ajustes na potência reativa visando controle corretivo de tensão. Resultados avaliados em um sistema de 33 nós mostraram que a metodologia é capaz de produzir soluções de planejamento que reduzem os riscos de violações dos índices de conformidade de tensão para valores satisfatórios.
Abstract: Currently, power distribution systems are undergoing a transformation towards smart grids (SGs). One of the expected characteristics of the SGs is that they incorporate distributed energy resources based on renewable sources, especially solar. The lack of simultaneity between energy production of these sources and demand may result in operational issues, from which the risk of overvoltage stands out. Due to that, it is expected that energy storage systems (ESSs) play a key role in SG, since they allow to match the imbalances between demand and energy production, thus mitigating voltage violation issues. However, these devices are expensive, and therefore, the investments in ESS must be planned to obtain the best cost-benefit relation. In this context, a battery ESS (BESS) planning methodology for distribution SGs is proposed in this work, aiming to control the risk of voltage conformity indices violation subject to uncertainty regarding load, photovoltaic generation e BESS unavailabilities due to failures of their components or in the telecommunication network (TCN) used for their control. The methodology is based in a sequence of studies that result BESSs’ number, sites and sizes and the configuration of the TCN, while also allow the planning engineer to test improvements in the solution by using on load tap changer devices or or by increasing TCN’s availability. Four subproblems are used with this purpose: an optimal BESS allocation, a method for obtaining equivalent failure rates for the battery banks, the TCN optimal design and the SG’s voltage conformity probabilistic assessment used to test solution options face to uncertainty. The first and third problems are solved by genetic algorithms, while the second and the last are based on sequential Monte Carlo simulation (MCS) techniques. Embedded in the allocation model are an optimization model used to assess the typical BESS schedules and a useful lifetime prediction model based on that scheduling. The useful lifetime prediction is also used to fit time-to-failure distributions which ate the input of the MCS that generate BESSs’ equivalent failure rates which are coherent with the expected operational conditions. On the other hand, the MCS used to assess the voltage conformity uses not only the same schedule model used by the allocation but also two optimizations models which represent real time controls for BESS rescheduling and reactive power adjustments used for corrective voltage control. Results assessed in 33 node test system shown that the proposed methodology is capable of producing planning solutions that reduce the voltage conformity indices violation risk to tolerable levels.
Palavras-chave: sistemas de distribuição inteligentes;
gerenciamento de energia;
controle de tensão;
sistemas de armazenamento de energia;
sistemas ciberfísicos;
métodos probabilísticos
Simulação Monte Carlo.
smart distribution systems;
energy management;
voltage control;
energy storage systems;
cyber-physic systems;
probabilistic methods;
Monte Carlo Simulation.
Área(s) do CNPq: Engenharia Elétrica
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: BAPTISTA, João Eduardo Ribeiro. Planejamento de baterias em redes de distribuição inteligentes sob incerteza. 2022. 203 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/4211
Data de defesa: 16-Set-2022
Aparece nas coleções:TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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