Orientador: Walmir de Freitas Filho

Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: A penetração em massa de equipamentos eletrônicos de maior eficiência energética em residências está resultando em distorções significativas das formas de onda de tensão e corrente dos modernos sistemas de distribuição. Há uma necessidade crescente de técnicas que permitam determinar o...

Resumo: A penetração em massa de equipamentos eletrônicos de maior eficiência energética em residências está resultando em distorções significativas das formas de onda de tensão e corrente dos modernos sistemas de distribuição. Há uma necessidade crescente de técnicas que permitam determinar o impacto coletivo destas cargas residenciais nos níveis de distorção harmônica. Tais técnicas podem ser usadas, por exemplo, para prever os impactos da adoção em massa de lâmpadas fluorescentes compactas. Nesse contexto, esta tese de doutorado propõe uma técnica probabilística para avaliação do impacto dessas cargas residenciais na qualidade de energia tanto no primário como no secundário dos sistemas de distribuição de energia elétrica. O método modela individualmente e de forma estocástica as injeções harmônicas dos típicos eletrodomésticos a partir da distribuição da probabilidade de que cada aparelho seja ligado, a qual foi obtida a partir da pesquisa de dados de comportamento de carga. O resultado é um circuito elétrico equivalente harmônico variável no tempo representando uma casa residencial. Além disso, um modelo probabilístico para transformadores de distribuição foi desenvolvido através da combinação do transformador e das casas conectadas. Resultados de medições de campo confirmaram a validade da modelagem proposta. Em seguida, a metodologia proposta foi aplicada para investigar o impacto de tais cargas residenciais sobre a qualidade de energia dos sistemas de distribuição, tanto no primário como no secundário. Impactos como distorção harmônica na tensão e corrente; carregamento do transformador; elevação da tensão e corrente do neutro; interferência telefônica foram avaliados. A evolução dos impactos ao longo dos próximos anos, a partir de dados de tendências de mercado, também foi determinada. Adicionalmente, realizaram-se estudos para verificar a eficácia de duas soluções possíveis para mitigar distorção harmônica, sendo que a primeira consistiu em adotar os limites de emissão harmônica definidos pelo guia técnico IEC; e a segunda consistiu na instalação de filtros harmônicos no primário do sistema de distribuição

Abstract: The proliferation of electronic-based residential loads has resulted in significant harmonic distortion in the voltages and currents of distribution power systems. There is an urgent need for techniques that can determine the collective harmonic impact of these modern residential loads....

Abstract: The proliferation of electronic-based residential loads has resulted in significant harmonic distortion in the voltages and currents of distribution power systems. There is an urgent need for techniques that can determine the collective harmonic impact of these modern residential loads. Such techniques can be used, for example, to predict the harmonic effects of widespread adoption of compact fluorescent lights (CFLs). In response to this need, this PhD thesis proposes a versatile Monte Carlo simulation method for evaluating the potential impact of such residential loads on the harmonic levels of power distribution systems. The method models the random harmonic current injections of residential loads by simulating their operating states. This is done by determining the switch-on probability of a residential load based on load research results. The result is a time-varying harmonic equivalent circuit representing a residential house. By combining multiple residential houses supplied from a service transformer, a probabilistic model for service transformers is also derived. Field measurement results confirmed the validity of the proposed technique. The proposed methodology is applied to a typical distribution system for evaluating the impact of residential loads on several power quality aspects. The results of different case studies proved to be valuable in answering the following questions: (1) What are the potential power quality impacts of distributed nonlinear residential loads on primary and secondary power distribution systems? The example impacts include voltage distortion, zero sequence harmonics, neutral voltage/current rise, telephone interference, metering error, increased losses, overloading of distribution transformers. (2) How serious the impacts will become when more and more energy efficient appliances and consumer electronics penetrates into the residential loads? (3) If the consequence is of concern, what are the strategies and options available for utilities to manage the problem?