Power system reactive compensation: evaluation of expansion plans taking into account electromagnetic transient restrictions

Abstract

In this paper, the authors present developments regarding Power System Capacitive Shunt Reactive Compensation and Voltage Control, with respect to Expansion Activities, in an Electromagnetic Transient context. The definition of the amount and location of shunt reactive compensation to be installed in power systems considers several aspects, as reactive power optimization, short circuit calculations, voltage stability and harmonic analyses, among others. Different alternatives must be evaluated, regarding their impact (positive and negative) to system behavior, in order to select the most adequate compensation. Expansion decision process usually does not include studies about the transient impact of reactive shunt compensation caused by switching operation. Traditionally, this is done only after expansion definition, when the detailed project is elaborated, mainly to prepare equipment specifications. In this paper, it is proposed an innovative procedure to include a technical evaluation of different shunt compensation based on a preview of the overvoltage and overcurrent values caused by the corresponding capacitors bank switching. The new methodology is designed to (i) indicate the critical system buses that must be carefully investigated, considering transient behavior, and (ii) promote the adequate shunt compensation adjust. The proposed procedure is detailed and results of its application in real systems are presented.<br>Neste artigo, os autores apresentam seus desenvolvimentos atuais sobre Compensação Reativa Shunt Capacitiva e Controle de Tensão, no contexto do Planejamento da Expansão, considerando estudos de transitórios eletromagnéticos. O montante e localização da compensação reativa a ser instalada na rede elétrica é definido considerando muitos aspectos como otimização da potência reativa, cálculos de curto-circuito, estabilidade de tensão, análises de harmônicos, entre outros. Diferentes alternativas devem ser avaliadas, considerando seus impactos (positivos e negativos) no comportamento do sistema, a fim de selecionar a compensação mais adequada. O processo de decisão da expansão normalmente não inclui estudos sobre o impacto dos transitórios eletromagnéticos causados pelo chaveamento da compensação reativa shunt. Tradicionalmente, isto é feito somente depois da definição do plano de expansão, ao se elaborar o projeto detalhado - fase em que se especificam os equipamentos a serem utilizados. Neste artigo, é proposto um procedimento novo que inclui uma avaliação técnica de diferentes compensações shunt baseado numa verificação prévia dos valores de sobretensão e sobrecorrente causados pelo chaveamento de bancos de capacitores. A nova metodologia é dividida em dois principais passos: (i) indicar as barras críticas do sistema que devem ser investigadas detalhadamente, considerando o comportamento transitório; e (ii) escolher a compensação shunt mais adequada. O procedimento proposto é explicado com detalhes e são apresentados os resultados de sua aplicação em um sistema real

Mitigation of switching overvoltages in microgrids based on SVC and supercapacitor

“…Var compensation is defined as the management of reactive power to improve the performance of ac power systems [8,9]. Switching and temporary overvoltage limitation, optimisation of reactive power flow, voltage control, reduction of system losses, and power factor adjustment are some of Var compensation benefits [10,11].…”