O engenheiro de automação José Federico Vizcaino González desenvolveu técnicas alternativas de otimização combinatória com o objetivo de reduzir perdas técnicas e melhorar as condições de operação de sistemas de distribuição de energia elétrica. Um dos resultados foi a criação de um software chamado Aloccap, o qual, após análise da rede, propõe a diminuição de fluxos de energia reativa através da instalação e controle de bancos de capacitores, conseguindo assim uma redução considerável nas perdas técnicas, sem a necessidade de grandes intervenções. Estimativas indicam que as concessionárias brasileiras perdem em média 19% da energia gerada (5% na transmissão e 14% na distribuição), índice considerado excessivo, uma vez que em outros países esse número está bem abaixo disso (11% na Rússia e 4,5% na Suécia). Certamente, de acordo com o autor, a predominância da geração hidrelétrica no Brasil influencia muito porque as usinas estão muito afastadas dos grandes centros consumidores. O trabalho resultou na tese de doutorado de González, orientado pelo professor Christiano Lyra Filho, da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (Feec) e coorientada pelo pesquisador colaborador Celso Cavellucci.

De acordo com o autor da tese, a pesquisa foi focada mais diretamente na redução de perdas por gestão de reativos. Existem, segundo ele, várias alternativas de redução de perdas, desde intervenções físicas na rede, como balanceamento de alimentadores, troca de equipamentos e cabos. E outras que se utilizam de equipamentos para reconfigurar a rede, alterando o estado de chaves existentes, para que a energia vá por um caminho de menor perda. Com relação à gestão de reativos, aloca-se um dispositivo chamado banco de capacitores para diminuir o fluxo de reativos. Energia reativa é aquela que não produz trabalho – armazenada, ela é devolvida para a fonte a cada ciclo de corrente alternada. Ela é utilizada para produzir os campos elétrico e magnético necessários para o funcionamento de cargas indutivas e capacitivas. Computadores, motores elétricos de indução, lâmpadas econômicas e fluorescentes, dentre outros, estão entre estes tipos de cargas. Hoje em dia, o aumento desse tipo de carga faz com que aumente a quantidade de consumo de reativos nas redes.

E de onde vem essa energia reativa? Da geração passa para a distribuição – a partir das subestações até os pontos de consumo – e, nesse caminho, acaba por gerar perdas. Quando se instala um banco de capacitores na rede, é como se instalasse uma fonte de reativos próxima às cargas. A solução trivial para esse problema seria, em cada ponto de rede que tem consumo, alocar um banco de capacitores de potência igual à consumida por aquela carga. Só que isso não é possível, porque seria economicamente inviável.

Existem bancos de capacitores fixos e automáticos, ou variáveis. Os bancos fixos injetam uma quantidade de reativos durante o período de funcionamento. Os automáticos podem injetar valores diferentes de reativos capacitivos, de acordo com o controle selecionado. Esse controle pode ser por tempo, corrente ou fator de potência. “A experiência com estudos de casos mostra que, utilizando técnicas adequadas de redução de reativos, as perdas podem ser reduzidas em até 20%”, assegurou González.

Através da realização do estudo com o software desenvolvido na tese, verifica-se o local onde o banco poderá ser instalado, analisa-se a relação custo x benefício, quanto custam os bancos que serão alocados e o quanto isso traz de redução em termos de perdas. Por exemplo, se existem 10 mil pontos de consumo com reativo e disponíveis apenas 10 bancos de capacitores para alocação, é fundamental escolher quais são as 10 melhores opções para alocar aqueles recursos e trazer o máximo de retorno possível.

Entre os métodos desenvolvidos para essa alocação, existe um chamado de algoritmo genético híbrido que está licenciado para a Fundação CPqD para comercialização (software Aloccap). Além disso, tem um problema complementar que é de regulação de tensão. Para a maioria das redes, a colocação de bancos de capacitores em locais adequados leva a melhoria dos níveis de tensão. Por exemplo, se um consumidor reclama para a Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) que o nível de tensão está abaixo dos 95% exigidos, colocando um banco de capacitores ¬ se o problema for consequência de excesso de reativos ¬ aumenta a tensão e resolve a situação. Só que, em alguns casos, o problema não é de reativos e, mesmo reduzindo-os, a tensão continua baixa, porque a rede está mal projetada e os condutores não são adequados. Para esses casos, a pesquisa desenvolveu uma metodologia para definir as melhores localizações de reguladores de tensão.

O regulador de tensão – basicamente um auto-transformador – consegue elevar o nível de tensão desses pontos para a frente. O desafio é encontrar o melhor lugar para alocar o equipamento, visando atender todos os pontos de consumo daquela rede de forma tal que os que tinham a restrição não tenham mais.

Software
Um dos algoritmos desenvolvidos e que aparece dentro do trabalho foi fruto de um projeto de P&D com a Companhia Paulista de Força e Luz (CPFL). Após a certificação de que os resultados eram muito bons, foi estabelecido um convênio entre CPFL, Unicamp e o CPqD para licenciar o software Aloccap e comercializá-lo com outras empresas do setor, ou seja, é um projeto que tem aplicação prática.

As empresas têm bancos de dados geralmente georeferenciados. Cada transformador, na rede primária, é um ponto de consumo. Com esses dados, ela roda o programa e tem uma resposta. Geralmente são problemas que não têm a ver com a operação do sistema. É um problema de planejamento. O software desenvolvido por González faz um estudo sobre a rede, verifica os problemas e propõe a alocação dos bancos de capacitores de acordo com a necessidade. “A partir do conhecimento de qual o fluxo de carga, a tensão e o fator de potência, usando o software é determinado o melhor local para alocar os bancos de capacitores”, disse.

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Publicação
Tese: “Estratégias para redução de perdas técnicas e melhoria nas condições de operação das redes de distribuição de energia elétrica”
Autor: José Federico Vizcaino González
Orientadores: Christiano Lyra Filho e Celso Cavellucci
Unidade: Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (Feec)
Fonte de financiamento: CNPq
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