Estanqueiro, Ana IsabelDuque, JoaquimCastanho, Ana Raquel Tibúrcio2017-05-082017-05-0820172017http://hdl.handle.net/10451/27622Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2017As redes convencionais, já seculares em muitos países desenvolvidos, enfrentam hoje enormes desafios de ordem técnica, quanto à manutenção dos parâmetros de qualidade de operação da rede e à adequada gestão da capacidade de geração face à procura, particularmente devido ao forte crescimento da capacidade de geração distribuída de origem renovável. O funcionamento do sistema electroprodutor assenta no desenvolvimento de ferramentas de análise de redes elétricas que permitam simular a sua operação quer nas condições mais expectáveis, mas também sob condições extremas de funcionamento, para efeitos de apoio à decisão, nomeadamente na avaliação da expansão do sector da geração renovável distribuída. O trânsito de energia otimizado é uma dessas ferramentas com atuação ao nível do planeamento e operação de redes elétricas. É objetivo desta dissertação o desenvolvimento de modelos matemáticos de otimização que representem a rede elétrica, a fim de determinar a sua condição ótima de funcionamento em regime estacionário, para várias funções objetivo possíveis. Estes modelos são implementados e resolvidos na plataforma comercial GAMS. São apresentados três modelos: um modelo completo, que calcula os fluxos de potências ativa e reativa, fazendo uso das equações do trânsito de energia AC, e dois modelos de inicialização, que seguem uma abordagem similar ao trânsito de energia em corrente contínua e, como tal, têm apenas em conta o fluxo de potência ativa. A primeira fase deste trabalho consistiu na validação dos modelos de trânsito otimizado por comparação com os resultados obtidos com um programa comercial, o PSS®E. O trânsito de energia da rede foi resolvido numa perspetiva do trânsito de energia clássico e numa perspetiva de otimização para três funções objetivo: minimização de perdas ativa, minimização de trânsitos de reativa e minimização de custos de geração. A proximidade dos resultados permitiu comprovar a validade do modelo desenvolvido. Foi ainda possível observar o bom desempenho de cada função objetivo usada. Posteriormente, a ferramenta foi aplicada a um caso de estudo real, em que foi avaliada a operação da rede de transporte face a um acentuado crescimento e integração de geração PV no Sul de Portugal. Neste contexto, foi simulado o dia característico de Inverno em condições máximas de consumo, presente no documento “Caracterização da rede nacional de transporte para efeitos de acesso à rede em 31 de Dezembro de 2014”, e definidos dois cenários extremos: i) produção distribuída máxima e consumo mínimo (Cenário A); ii) produção mínima e consumo máximo, forçando que a maior parte da potência consumida seja fornecida pela rede externa à região (Cenário B). A ferramenta desenvolvida foi capaz de reproduzir o trânsito de energia publicado pela REN, com desvios desprezáveis. Dos cenários limite, foi possível concluir que a rede de transporte na área em estudo tem capacidade para a injeção adicional de geração PV simulada e que está preparada para importar potência da rede externa para satisfazer o consumo interno (por exemplo, nos períodos noturnos, sem geração PV). Observou-se ainda que poderão existir dificuldades na regulação dos perfis de tensão nos estados simulados, associados às características das linhas e ao elevado nível de potência reativa disponível, mas que não se relacionam com a integração de geração PV. Relativamente às potencialidades da ferramenta desenvolvida, a análise dos casos de estudo permitiu constatar que esta pode ser aplicada, quer numa perspetiva de planeamento quer operacional (tendo por base os tempos de solução dos cenários), como é capaz de otimizar os pontos de funcionamento dos equipamentos automaticamente.Conventional electric networks have, in many developed countries, almost a century. They face today large technical challenges in what concerns the quality of their service, particularly due to the continuously increasing demand associated to the strong growth of the distributed generation renewable. The operation of the electric power system requires the development of analytical tools that allow the simulation of operation in the most common conditions, but also under extreme conditions of operation, e.g. for the purpose of decision support, namely in the evaluation of the renewable energy sector generation expansion. Actually, the optimal power flow approach is a tool with the capacity to intervene both in the planning and operation of electrical networks. The goal of this dissertation is to develop mathematical optimization models, capable of representing the transmission electric network, in order to determinate its optimal operation for steady state conditions, under various possible objective functions. This models are implemented and solved on the modeling software GAMS. Three models are presented: a full model, which calculates both active and reactive power flow using complete power flow equations, and two initialization models following a DC power flow approach. The first phase of this work comprised the verification of the optimization models performance by comparison with the results obtained with a widely used commercial program, PSS®E. The power flow was solved in a classical approach and in an optimization approach for three objective functions: active power loss minimization, reactive power loss minimization and generation cost minimization. The small deviations of the results allowed proving the validity of the developed model. It was also possible to observe a good performance of each objective functions used. The tool was then applied to a real case study, in which the transmission network ability to deal with the integration of a large PV generation in the South of Portugal region was assessed. With this purpose, a typical winter day on maximal load conditions was simulated, according to the data presented in the report “Caracterização da rede nacional de transporte para efeitos de acesso à rede em 31 de Dezembro de 2014”, and two extreme operation scenarios were defined: i) maximum distributed generation and minimum load (scenario A); ii) minimum generation and maximum load, enforcing the power to be supplied by the outside grid (scenario B). The developed tool was able to reproduce the power flow published by REN with small deviations. From the extreme operation scenarios, it was possible to conclude that the transmission network has the capacity for additional simulated PV generation injection and that it is prepared to import power from the external grid to satisfy internal consumption (for instance, at night, without PV generation). It was also observed that there are difficulties in maintaining the voltage profiles in the simulated states, essentially related with the lines transmission characteristics and the high reactive power level available in the network, but those are not related with the integration of the renewable (PV) generation. Regarding the potential of the newly developed tool, the analysis showed that it can be applied both in for a planning perspective, but also from an operational standpoint of reconfigurable (smart) grids, having in mind the reduced running times of the numerical models, as it is also able to optimize automatically the operating points of electrical network equipment’s, (e.g. on load tap changing transformers).porOtimização do trânsito de energiaModelação da rede elétricaOperação do sistema eletroprodutorRede de transporte de energiaIntegração de fontes de energia renováveisTeses de mestrado - 2017master thesis201855666