Introdução ao PowerWorld Simulator: Guia Completo para Estudantes de Engenharia Elétrica, Esquemas de Sistemas de Transmissão

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Material de Apoio

PowerWorld

Version 2023

Victor G. M. da Silva

February 27, 2025

Contents

1 Introdução

O PowerWorld Simulator é uma ferramenta essencial para a análise, simu- lação e visualização de sistemas de energia elétrica. Desenvolvido para en- genheiros, pesquisadores e estudantes, este software oferece uma interface intuitiva que facilita a modelagem e compreensão de redes de transmissão e distribuição de energia, mesmo em larga escala.

Entre suas principais funções, destaca-se a análise de fluxo de potência, que permite calcular a distribuição de energia elétrica em uma rede, identificando sobrecargas, quedas de tensão e outros problemas operacionais. Além disso, o PowerWorld possibilita o estudo de contingências, permitindo simular diferentes cenários de falhas no sistema elétrico e analisar seus impactos em tempo real, ajudando a garantir a estabilidade e a confiabilidade da rede. Outra função relevante é a simulação de transientes eletromecânicos, que permite estudar a dinâmica do sistema em resposta a perturbações, fornecendo insights valiosos para a manutenção da estabilidade operacional.

Este material tem como objetivo auxiliar os estudantes na utilização do PowerWorld Simulator, orientando na simulação de sistemas elétricos e na identificação dos principais componentes dentro da plataforma, como barras, linhas de transmissão, geradores, cargas, entre outros. Com este guia, os alunos poderão compreender melhor a disposição desses elementos e como manipulá-los para realizar simulações precisas e eficazes, preparando-os para enfrentar desafios reais no campo da engenharia elétrica.

2 Instalação

Neste capítulo, abordaremos o processo de instalação do PowerWorld Simu- lator, garantindo que você configure corretamente o software em seu sistema. Uma instalação adequada é fundamental para assegurar que todas as fun- cionalidades do programa estejam acessíveis e operem de maneira eficiente. Vamos orientá-lo passo a passo, desde o download do instalador até a con- figuração inicial do ambiente, permitindo que você inicie suas simulações de maneira rápida e sem complicações.

Siga os passos abaixo para realizar a instalação do PowerWorld Simulator em seu sistema:

1. Download do Instalador:
   • Acesse o site oficial do PowerWorld: https://www.powerworld. com
   • Navegue até a seção de downloads e selecione a versão apropri- ada para o seu sistema operacional.
   • Preencha o questionário e faça o download do arquivo de insta- lação.
2. Execução do Instalador:

• Localize o arquivo de instalação que foi baixado e clique duas vezes para executá-lo.

3. Aceitação dos Termos de Uso:

• Leia o contrato de licença de uso.
• Marque a opção I accept the terms in the License Agreement para aceitar os termos.
• Clique em Advanced para continuar.

4. Escolha do Diretório de Instalação:

• Escolha o diretório onde o PowerWorld será instalado ou utilize o diretório padrão sugerido pelo instalador.
• Clique em Next para continuar.

5. Seleção de Componentes:

• Executar Simulação : Iniciar a simulação de fluxo de potência ou outro tipo de análise.
• Ferramentas de Edição : Ferramentas para adicionar, remover ou modi- ficar elementos no diagrama de linha única.

Figure 1: Barra de Ferramentas Principal do PowerWorld Simulator

4.2 Barra de Simulação

A Barra de Simulação permite controlar e visualizar o progresso das simu- lações. Nela, você encontra botões para iniciar, pausar e parar a simulação, além de visualizar dados em tempo real.

5 Janela de Diagrama de Linha Única

A Janela de Diagrama de Linha Única é o espaço onde o sistema elétrico é visualizado e editado graficamente. Nela, você pode adicionar e conectar elementos como barras, linhas de transmissão, geradores e cargas.

5.1 Adicionando Componentes

Adicionar componentes ao diagrama de linha única no PowerWorld é uma tarefa essencial para modelar sistemas de energia. Abaixo estão os principais componentes que você pode adicionar.

5.1.1 Barras

As barras são pontos de conexão onde outros componentes, como linhas de transmissão, geradores e cargas, são conectados. Para adicionar uma barra:

1. Selecione a aba "DRAW" na barra de ferramentas.
2. Selecione o ícone "Network" e a opção "Bus".

3. Clique na Janela de Diagrama de Linha Única no local onde deseja posicionar a barra.
4. Configure as propriedades da barra, como nome, tensão nominal, e ângulo de fase.

Figure 2: Adicionando uma Barra no PowerWorld

5.1.2 Linhas de Transmissão

As linhas de transmissão conectam as barras e permitem o fluxo de energia entre elas. Para adicionar uma linha de transmissão:

1. Selecione a ferramenta "Transmission Line" no ícone "Network" na barra de ferramentas, onde contêm as opções de Line AC e DC.
2. Clique na barra de origem e arraste até a barra de destino.
3. Solte o botão do mouse para criar a linha de transmissão.
4. Configure as propriedades da linha, como resistência, reatância e ca- pacidade.

3. Configure as propriedades da carga, como potência ativa e reativa.

Figure 5: Adicionando uma Carga no PowerWorld

5.1.5 Transformadores

Os transformadores conectam duas barras com diferentes níveis de tensão e alteram a tensão do sistema. Para adicionar um transformador:

1. Selecione a ferramenta "Transformador" na barra.
2. Clique na barra de origem e arraste até a barra de destino.
3. Configure as propriedades do transformador, como relação de transfor- mação e impedância.

Figure 6: Adicionando um Transformador no PowerWorld

5.2 Editando Componentes

Clique duas vezes em um componente no diagrama para abrir o menu, onde você pode acessar as propriedades do componente, modificar conexões e

alterar parâmetros.

Figure 7: Janela de Diagrama de Linha Única no PowerWorld Simulator

6 Modos de Operação

O PowerWorld Simulator opera em dois modos principais: o Modo de Edição e o Modo de Simulação. Cada modo oferece um conjunto específico de ferramentas e funcionalidades, adaptadas para as etapas de construção e análise do sistema elétrico.

6.1 Modo de Edição

No Modo de Edição, você pode criar e modificar o sistema elétrico. Esse modo permite:

• Adicionar e configurar elementos como barras, linhas de transmissão, geradores e cargas.
• Modificar as propriedades dos componentes do sistema.
• Configurar parâmetros iniciais para simulações.

Para alternar para o Modo de Edição, basta clicar no ícone correspondente na esquerda da Barra de Ferramentas.

8 Simulação

O modo de simulação do PowerWorld Simulator é uma ferramenta funda- mental para a análise do comportamento de sistemas de energia elétrica. Neste modo, é possível executar simulações de fluxo de potência, estudos de contingências, e análises de estabilidade, fornecendo insights críticos para o planejamento e a operação de sistemas elétricos. Abaixo, apresentamos um guia básico para configurar e executar simulações no PowerWorld.

8.1 Entrando no Modo de Simulação

Para entrar no modo de simulação, siga os passos abaixo:

1. Certifique-se de que todas as configurações iniciais e parâmetros do sistema foram definidos corretamente no Modo de Edição.
2. Clique no botão Run Mode localizado na Barra de Ferramentas Principal.
3. O PowerWorld entrará no modo de simulação, onde as modificações no diagrama de linha única não são permitidas até que a simulação seja pausada ou finalizada.

8.2 Executando uma Simulação de Fluxo de Potência

O fluxo de potência é uma das simulações mais comuns realizadas no Pow- erWorld Simulator. Para executar uma simulação de fluxo de potência, siga os seguintes passos:

1. No Modo de Simulação, clique no ícone Solve Power Flow na Barra de Simulação na aba Tools.

Figure 10: Ícone de Solve Power Flow

2. A simulação será executada e os resultados serão exibidos em tempo real, incluindo tensões nas barras, fluxos de potência nas linhas de transmissão, e perdas no sistema.

Figure 11: Exemplo de diagrama obtido na simulação

3. Utilize as janelas de resultados e relatórios para visualizar os dados da simulação, que pode ser acessada através do ícone model explore da barra de ferramentas na aba Tools.

Figure 12: Ícone do Model Explore

8.3 Análise de Resultados

Após a execução da simulação, é essencial interpretar corretamente os resultados para tomar decisões informadas. No PowerWorld Simulator com a ferramenta model explorer, você pode:

• Visualizar tensões nas barras e fluxos de potência.
• Acessar relatórios detalhados de fluxo de potência, que incluem infor- mações sobre sobrecargas, quedas de tensão, e perdas no sistema.

O Model Explore também permite a edição direta de propriedades de ele- mentos como barras, linhas de transmissão, geradores, e cargas, facilitando ajustes individuais ou em massa. Com uma interface hierárquica, o Model

alizar os estilos dos rótulos para melhorar o contraste, a compreensão e a legibilidade do diagrama.

9.2 Ajustando o Tamanho das Setas

As setas são usadas para indicar a direção do fluxo de potência nas linhas de transmissão. Ajustar o tamanho das setas pode ajudar a destacar o fluxo de energia e tornar o diagrama mais legível, especialmente em modelos complexos. Para ajustar o tamanho das setas, siga os passos abaixo:

1. Acesse o menu Options na barra de ferramentas superior.
2. Selecione Oneline Options para abrir o painel de configurações de visu- alização.

Figure 15: Ícone de Oneline Options

3. No painel, navegue até a seção Animated Flows.

4. Ajuste o campo Size para o tamanho desejado, e o campo Density para quantidade desejada.

Figure 16: Painel do Oneline Options

• Utilize a linguagem de script do PowerWorld ou integre scripts com Python.
• Exemplo de um script básico: LoadCase("c:\path\to\your\case.pwb") SolvePowerFlow() SaveCase("c:\path\to\output\case_solution.pwb")
• Este script carrega um caso de estudo, resolve o fluxo de potência e salva o resultado.

3. Executar o Script:

• Na janela de script, clique em Execute para executar o script e observar os resultados.

12 Considerações Finais

Este manual abordou as funcionalidades essenciais do PowerWorld Simu- lator, mas o verdadeiro domínio do software vem com o tempo e a prática. Os recursos avançados mencionados aqui são apenas o começo. Explore, experimente e consulte a documentação oficial e treinamentos oferecidos pela PowerWorld Corporation para maximizar o potencial da ferramenta e aplicá-la de maneira eficaz em seus projetos.

Essa abordagem permitirá que você utilize o PowerWorld de forma mais abrangente e eficiente, expandindo suas habilidades e a capacidade de análise de sistemas elétricos complexos.

13 Exemplos

13.1 Matriz de Admitância

Seja o sistema de três barras apresentado na figura abaixo:

Figure 18: Sistema de potência de 4 barras

As injeções de correntes nas barras do sistema são:

¯ I 1 = jbsh 12 · V ¯ 1 + y 12 · ( ¯ V 1 − V ¯ 2 ), ¯ I 2 = jbsh 2 · V ¯ 2 + jbsh 12 · V ¯ 2 + y 12 · ( ¯ V 2 − V ¯ 1 ) + y 23 · ( ¯ V 2 − V ¯ 3 ), ¯ I 3 = y 23 · ( ¯ V 3 − V ¯ 2 ).

Na forma matricial, temos:

 

¯ I 1

¯ I 2

¯ I 3

y 12 + jbsh 12 − y 12 0 − y 12 y 12 + y 23 + jbsh 2 + jbsh 12 − y 23 0 − y 23 y 23

V^ ¯ 1

V^ ¯ 2

V^ ¯ 3

Numericamente:

y 12 =

z 12

0,01 + j 0, = 0,9901 − j 9,9009 pu,

y 23 =

z 23

0,02 + j 0, = 0,2212 − j 3,3186 pu,

jbsh 12 = j 0,1 pu (capacitivo), jbsh 2 = − j 0,05 pu (indutivo).