ANÁLISE DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA PARA CONTROLE DE TENSÃO E POTÊNCIA REATIVA EM ALIMENTADORES DE DISTRIBUIÇÃO

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(1)ANÁLISE DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA PARA CONTROLE DE TENSÃO E POTÊNCIA REATIVA EM ALIMENTADORES DE DISTRIBUIÇÃO. Henrique Silveira Eichkoff 1 Ana Paula Carboni De Mello 2. Resumo: Este trabalho tem por objetivo demonstrar a análise da geração distribuída (GD) como equipamento de controle de tensão e potência reativa, chamado Controle Volt/Var, em um sistema teste de distribuição. Para isso, utilizou-se os inversores de frequência dos sistemas de geração fotovoltaica como equipamentos de controle em conjunto com equipamentos tradicionais que geralmente desempenham a função do controle de tensão, uma vez que, a geração distribuída inserida na rede, ocasiona uma elevação nos níveis de tensão dos alimentadores, aumentando o número de comutações dos equipamentos de controle, a fim de manter os níveis de tensão estáveis ao longo do alimentador. Para a obtenção dos resultados, se fez o uso do software OpenDSS (Open Distribution System Simulator), em um sistema teste padrão IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) de 13 barras.. Palavras-chave: Geração Distribuída, Controle vol/var, OpenDss.. Modalidade de Participação: Iniciação Científica. ANÁLISE DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA PARA CONTROLE DE TENSÃO E POTÊNCIA REATIVA EM ALIMENTADORES DE DISTRIBUIÇÃO 1 Aluno de graduação. henriquekoff@gmail.com. Autor principal 2 Docente. anamello@unipampa.edu.br. Orientador. Anais do 9º SALÃO INTERNACIONAL DE ENSINO, PESQUISA E EXTENSÃO - SIEPE Universidade Federal do Pampa | Santana do Livramento, 21 a 23 de novembro de 2017.

(2) ANÁLISE DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA PARA O CONTROLE DE TENSÃO E POTÊNCIA REATIVA EM ALIMENTADORES DE DISTRIBUIÇÃO 1. INTRODUÇÃO. Nos últimos anos, houve uma busca crescente de novas formas de gerar energia a fim de amenizar o uso excessivo das fontes tradicionais de geração, como por exemplo, hidroelétrica, termoelétrica e nuclear. Essa nova alternativa de gerar energia é denominada Geração Distribuída (GD) e caracteriza-se por utilizar fontes renováveis para seu funcionamento, com grande destaque para Eólica, Solar e Pequenas Centrais Hidroelétricas (PCHs) e alocar-se próximo aos blocos de cargas. Nesse trabalho, é apresentada a análise da geração distribuída para o controle da tensão e potência reativa em um sistema de distribuição de 13 barras disponibilizado pela IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). O objetivo é demonstrar que os geradores distribuídos podem auxiliar ativamente no controle de tensão e potência reativa do sistema, por meio do inversor que realiza a interface de conexão da geração com a rede elétrica. Para demonstração dos resultados foi utilizado o software de análise de sistemas de distribuição OpenDSS. 2. METODOLOGIA. Alguns dispositivos como transformadores comutadores de tap sob carga, compensadores de reativos, bancos de capacitores, reguladores de tensão e inversores possuem um controle de tensão e potência reativa, afim de adequar o perfil de tensão e fluxo de potência ao longo do alimentador. Esse controle é denominado Volt/Var. Alguns requisitos que o sistema Volt/Var são: remover as violações do sistema, manter níveis de potência reativa e perfil de tensão, reduzir fluxo de potências e coordenação entre equipamentos. (BREMERMANN, 2008) O OpenDSS é uma ferramenta que possibilita a simulação de sistemas elétricos de distribuição. Esse software, permite realizar uma análise do sistema proposto e um planejamento no caso de uma futura expansão, se caracterizando também, por dar grande ênfase na aplicação de geração distribuída, podendo o usuário compreender o impacto da inserção desse tipo de geração no sistema, e que medidas de correção possam ser aplicadas para obter um funcionamento adequado. Em relação a geração distribuída, no caso do tipo fotovoltaico, o software possui uma função denominada, PVSystem. Esse função permite, modelar um sistema fotovoltaico, através de curvas de temperatura e irradiância, eficiência, ponto de máxima potência, tipo de conexão, número de fases em que o painel está conectado, nível de tensão, entre outros. (EPRI, 2013) Com isso, será analisado um sistema com a inserção da GD, e qual impacto a mesma pode causar nos níveis de tensão do alimentadores, sendo necessário ações de controle de tensão por parte do inversor da GD e alterações de posições dos TAPs dos reguladores de tensão para manter os níveis de tensão adequado aos consumidores. Além disso, espera-se mostrar que a inserção da geração distribuída, pode aumentar o número de comutações dos equipamentos de controle de tensão. A Figura 1 demonstra o fluxograma com os objetivos propostos ao sistema..

(3) Figura 1. Fluxograma com os objetivos propostos ao sistema. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO. Para a análise dos resultados, utilizou-se o sistema teste de distribuição de 13 barras disponibilizado pela IEEE, conforme demonstrado na Figura 2. Considerou-se um sistema de geração fotovoltaica com potência nominal de 74 kWp na barra 634.. Figura 2. Sistema teste IEEE 13 barras com a inserção da geração distribuída. A curva de geração fotovoltaica é demonstrada na Figura 3. Observa-se que a geração fotovoltaica, está em operação das 6 horas até as 20 horas, sendo o ponto máximo de potência atingido no intervalo das 13 horas até as 15 horas. A análise dos resultados foi realizada em um período diário com perfil de carga predominantemente residencial em todas as cargas do sistema teste de distribuição..

(4) Figura 3. Curva de geração fotovoltaica. A Figura 4, apresenta o perfil de carga ativa na saída da subestação para as condições sem o sistema de GD (Figura 4 (a), e após a inserção do sistema do GD de 74 kWp na barra 634, Figura 4 (b).. Figura 4. Curvas de potência ativa do alimentador tipicamente residenciais a) sem geração distribuída, b) com geração distribuída. A Figura 5, apresenta o perfil de carga reativa para as mesmas condições apresentadas anteriormente. Figura 5(a) sem o sistema de GD e a Figura 5(b) após a inserção da GD.. Figura 5. Curvas de potência reativa do alimentador tipicamente residenciais a) sem geração distribuída, b) com geração distribuída. Observa-se uma pequena diferença nas três fases da potência ativa com a conexão da GD. Isso ocorre devido a emissão de um fluxo de potência reverso pela GD, onde há uma redução na potência ativa fornecida para a subestação nas três.

(5) fases, como pode ser observado durante o intervalo que a GD está em operação, das 9 às 18 horas. Na Figura 6, é demonstrado um comparativo entre os níveis de tensão em um trecho do alimentador próximo está inserida a GD. Serão comparados os níveis de tensão nas três fases para as condições sem a GD, após a inserção da GD (Figura e uso do Controle Volt/Var do inversor da GD.. Figura 6. Comparação nos níveis de tensão a) Fase A b) Fase B, c) Fase C. Como pode-se observar, houve uma pequena elevação na tensão durante o período de operação da GD. Essa elevação, ocorre devido a direção do fluxo de potência, que sofre uma reversão, no instante em que a potência é entregue a rede. Para o caso da Figura 6(b), que demonstra a fase mais crítica do sistema, pode-se observar que durante o período das 11 horas até 16 horas, a GD ultrapassa o limite máximo operacional (1,05 pu). Com isso, o controle Volt/Var do inversor reduziu o nível de tensão durante esse intervalo, mantendo-o dentro de faixa de operação adequada (0,95 a 1,05 pu). Na tabela 1, serão comparados os números de comutações (alteração de posições de TAP) em que os elementos responsáveis por realizar o controle de tensão do sistema, apresentaram antes e depois da inserção da GD. Tabela 1: Comparações no números de comutações dos equipamentos de controle de tensão. Número de comutações Equipamentos Sem GD Com GD Regulador de Tensão Monofásico ± Fase A 17 18 Subestação Regulador de Tensão Monofásico ± Fase B 16 16 Subestação.

(6) Regulador de Tensão Monofásico ± Fase C Subestação. 17. 18. 4. CONSIDERAÇÕES FINAIS. Esse trabalho apresentou, uma análise da geração distribuída para o controle de tensão e potência em um alimentador de distribuição Para isso, foi utilizado o software Open DSS na modelagem de um sistema teste de 13 barras disponibilizado pela IEEE com a inserção de uma geração fotovoltaica. Analisando os resultados, tem-se que a inserção da geração distribuída apresentou uma pequena elevação nos níveis de tensão em um trecho do alimentador. No intervalo de tempo em que a GD violou o limite máximo operacional, o controle Volt/Var do inversor reduziu os níveis para a faixa de operação adequada. Para casos em que a tensão violou os limites operacionais fora do horário da atuação da GD, como no caso da Figura 6(b), pode-se associar ao alto carregamento da rede, sendo necessária alocações de mais equipamentos de controle de tensão para o sistema. Para os reguladores de tensão, como esperado, houve um aumento no número de comutações, devido à elevação nos níveis de tensão com a presença da GD. Para trabalhos futuros, espera-se demonstrar esse estudo em um alimentador de distribuição de uma rede real e aprimorar o uso da função Volt/Var no software OpenDSS. 5. REFERÊNCIAS. BREMERMANN, L. Controle Fuzzy Volt/Var em Sistemas de Distribuição. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica), Faculdade de Engenharia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2008. EPRI (Eletric Power Research Institue),.OpenDSS Manual ± Reference Guide The Open Distribution System Simulator (OpenDSS), 2013..

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