În cadrul celei de-a 13-a Conferințe Internaționale IEEE Exposition on Electrical and Power Engineering (EPEi 2024), desfășurată la Iași, Cristina Efremov, lector universitar la Universitatea Tehnică a Moldovei, împreună cu o echipă interdisciplinară, a prezentat lucrarea “On Unbalanced Regimes Studies in Low Voltage Networks Using OpenDSS”. Studiul reprezintă o contribuție semnificativă la înțelegerea problemelor și optimizarea rețelelor de joasă tensiune (LV), oferind soluții pentru reducerea pierderilor și îmbunătățirea performanței rețelelor prin simulări avansate.
Rețelele de joasă tensiune sunt coloana vertebrală a infrastructurii energetice moderne, având un rol crucial în integrarea microrețelelor și a prosumatorilor. Creșterea utilizării de sarcini monofazate, pompe de căldură și generatoare distribuite, cum ar fi panourile fotovoltaice, generează dezechilibre majore în rețelele LV, ceea ce duce la:
- Suprasolicitarea conductorului neutru, afectând stabilitatea rețelei.
- Creșterea pierderilor de putere, impactând eficiența operațională.
- Variabilitatea tensiunilor între faze, afectând calitatea alimentării.
Acest context evidențiază necesitatea unor soluții clare pentru diagnosticarea și remedierea acestor probleme. Studiul realizat de Cristina Efremov utilizează software-ul OpenDSS pentru a analiza regimurile dezechilibrate și a propune îmbunătățiri fezabile.
Studiul își propune să răspundă la câteva întrebări esențiale:
- Cum afectează regimurile dezechilibrate pierderile de putere în rețelele LV?
- Ce strategii pot fi utilizate pentru a reduce aceste pierderi?
- Care sunt cele mai eficiente soluții pentru îmbunătățirea echilibrului tensiunilor și a stabilității conductorului neutru?
Pentru a răspunde acestor întrebări, cercetătorii au proiectat un model simplificat al unei rețele LV cu trei noduri și patru conductoare (trei faze și un neutru). Simulările au fost efectuate în diferite scenarii folosind OpenDSS, un software open-source specializat în analiza fluxurilor de putere în rețele electrice.
Cercetarea a inclus cinci scenarii distincte pentru a evalua impactul regimurilor dezechilibrate asupra performanței rețelei:
- Sarcină trifazată echilibrată
În acest scenariu, sarcinile sunt distribuite uniform pe cele trei faze, rezultând pierderi minime de 0,58%. Nu există curent pe conductorul neutru, iar tensiunile rămân constante, ceea ce demonstrează eficiența unui sistem bine echilibrat. - Sarcină monofazată
O sarcină conectată pe o singură fază cauzează o creștere semnificativă a pierderilor, până la 3,68%. Acest lucru se datorează curentului suplimentar pe conductorul neutru, ceea ce evidențiază vulnerabilitatea rețelelor în fața unor astfel de dezechilibre. - Neutru cu secțiune redusă
Atunci când conductorul neutru are o secțiune mai mică decât cea a fazelor, pierderile cresc la 4,72%, fiind de peste opt ori mai mari decât în cazul unei rețele echilibrate. Acest scenariu subliniază importanța dimensionării corecte a conductorului neutru pentru a evita pierderile excesive. - Sarcini monofazate distribuite pe două faze
Conectarea sarcinilor pe două faze diferite reduce pierderile la 1,32%, demonstrând că o distribuție mai uniformă a sarcinilor între faze poate îmbunătăți semnificativ performanța rețelei. - Sarcină bifazată
O sarcină conectată între două faze elimină curentul pe conductorul neutru, iar pierderile scad la 1,18%, fiind printre cele mai reduse din toate scenariile.
Tabelul de mai jos rezumă pierderile energetice pentru fiecare scenariu analizat:
| Scenariu | Descriere | Pierderi (%) |
|---|---|---|
| Sarcină trifazată echilibrată | Distribuție uniformă pe cele trei faze | 0,58% |
| Sarcină monofazată | Conectare pe o singură fază | 3,68% |
| Neutru cu secțiune redusă | Neutru cu rezistență crescută | 4,72% |
| Sarcini pe două faze | Distribuție pe două faze | 1,32% |
| Sarcină bifazată | Conectare între două faze | 1,18% |
Rezultatele demonstrează clar că distribuția uniformă a sarcinilor și dimensionarea adecvată a conductorului neutru sunt esențiale pentru reducerea pierderilor în rețelele LV.
Lucrarea Cristinei Efremov oferă recomandări practice pentru optimizarea rețelelor de joasă tensiune:
- Distribuția uniformă a sarcinilor: Este esențială pentru a reduce pierderile și a preveni suprasolicitarea conductorului neutru.
- Dimensionarea corectă a conductorului neutru: Utilizarea unei secțiuni adecvate pentru conductorul neutru poate reduce semnificativ pierderile.
- Implementarea de împământări multiple: Aceasta poate îmbunătăți echilibrul tensiunilor și siguranța rețelei.
Studiul subliniază importanța utilizării unor instrumente precum OpenDSS pentru analiza regimurilor dezechilibrate, oferind soluții bazate pe scenarii reale. În concluzie, lucrarea reprezintă un pas important în direcția dezvoltării unor rețele inteligente și sustenabile, capabile să facă față provocărilor generate de noile cerințe energetice. Cercetările viitoare ar putea extinde această analiză pentru a include evoluțiile dinamice în timp, oferind soluții și mai detaliate pentru optimizarea rețelelor LV.
Ce este OpenDSS?
OpenDSS (Open Distribution System Simulator) este un software open-source dezvoltat pentru analiza rețelelor de distribuție a energiei electrice, utilizat în mod special pentru simulări detaliate ale fluxurilor de putere și pentru evaluarea performanței rețelelor electrice. Creat inițial de EPRI (Electric Power Research Institute), OpenDSS este un instrument extrem de flexibil, conceput pentru a sprijini planificarea și optimizarea rețelelor de distribuție într-un mediu din ce în ce mai complex, dominat de integrarea surselor de energie regenerabilă și a tehnologiilor inteligente.
Caracteristicile principale ale OpenDSS
- Flexibilitate în modelare
OpenDSS permite modelarea rețelelor electrice cu orice configurație, inclusiv rețele trifazate, monofazate, bifazate și rețele dezechilibrate. Suportă descrierea detaliată a componentelor, cum ar fi transformatoarele, liniile de distribuție, generatoarele distribuite și sarcinile. - Analiza fluxurilor de putere
Instrumentul este utilizat pentru calcularea fluxurilor de putere în rețelele electrice, atât în condiții de echilibru, cât și în regimuri dezechilibrate. Permite evaluarea pierderilor de putere și tensiune în diferite părți ale rețelei. - Integrarea surselor regenerabile
OpenDSS este ideal pentru modelarea și analiza rețelelor care includ surse de energie regenerabilă, cum ar fi panourile fotovoltaice și turbinele eoliene. Poate evalua impactul acestora asupra rețelei, inclusiv variațiile de tensiune și pierderile de putere. - Simulări dinamice și serii temporale
Software-ul suportă simulări dinamice și analize de serii temporale (QSTS – Quasi-Static Time Series), ceea ce îl face util pentru evaluarea performanței rețelei în condiții variabile de operare. - Instrument open-source
Fiind open-source, OpenDSS este gratuit și poate fi personalizat de utilizatori pentru a răspunde nevoilor specifice ale proiectelor lor. Codul sursă este disponibil, iar comunitatea contribuie în mod activ la dezvoltarea sa.
Aplicații ale OpenDSS
- Planificarea rețelelor de distribuție
Permite proiectarea și optimizarea rețelelor pentru a satisface cerințele de consum și integrarea surselor distribuite. - Analiza regimurilor dezechilibrate
Este utilizat pentru a studia impactul dezechilibrelor în rețelele de joasă tensiune, inclusiv pierderile de putere și variațiile de tensiune. - Evaluarea performanței rețelelor inteligente
Sprijină integrarea componentelor de rețea inteligentă, cum ar fi contoarele inteligente, dispozitivele FACTS (Flexible AC Transmission Systems) și tehnologiile de stocare a energiei. - Cercetare și dezvoltare
OpenDSS este folosit de cercetători și ingineri pentru a testa soluții noi, inclusiv strategii de reducere a pierderilor și îmbunătățire a stabilității rețelei.
De ce este important OpenDSS?
OpenDSS oferă un cadru accesibil și puternic pentru analiza rețelelor electrice moderne. Într-un context global în care tranziția energetică și integrarea surselor de energie regenerabilă sunt priorități, OpenDSS ajută inginerii și cercetătorii să proiecteze rețele mai eficiente, mai stabile și mai sustenabile. Flexibilitatea sa în abordarea problemelor complexe, precum regimurile dezechilibrate, îl face un instrument indispensabil în planificarea și operarea rețelelor de distribuție.