ANÁLISE DOS EFEITOS DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM REDES ELÉTRICAS DE DISTRIBUIÇÃO NO CONTEXTO DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA

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1 ANÁLISE DOS EFEITOS DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM REDES ELÉTRICAS DE DISTRIBUIÇÃO NO CONTEXTO DA QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA Reumo - A fonte de Geração Ditribuída (GD) vem endo ada vez mai dieminada no mundo e há algun ano a GD e faz preente também no Brail, e vem endo fomentada devido a redução de uto da tenologia de geração de menor eala; pelo novo oneito de rede inteligente e retriçõe ambientai para fonte de rede. Como a geração de energia ditribuída é mai próxima da arga, reduz-e o uto e aumenta a efiiênia energétia por er mai etável e onfiável em relação à fonte onvenionai. Pela aeibilidade e inentivo para uprir a arga, urgiram mai produtore independente, gerando aim um exedente de energia. Ee trabalho tem omo intuito, diutir a problemátia da GD e alguma poívei oluçõe. Serão apreentado o tipo mai omun de geração ditribuída e algun impato obre a GD em itema de ditribuição de energia elétria. Palavra-Chave - Geração Ditribuída; efiiênia energétia; impato da GD; Rede de Ditribuição de Energia Elétria. EFFECTS ANALYSIS OF DISTRIBUTED GENERATION ON DISTRIBUTION OF ELECTRIC NETWORKS IN THE CONTEXT OF PQ Abtrat - Soure of Ditributed Generation (GD) ha been inreaingly widepread in the world and for ome year the GD i alo preent in Brazil, and ha been enouraged by the deline in the ot of generating maller ale tehnologie; the new onept of intelligent network and environmental ontraint to network oure. A the ditributed power generation i loer to the load, redue the ot and inreae energy effiieny by being more table and reliable ompared to onventional oure. The aeibility and inentive to upply the load, appeared more independent produer, generating a urplu of energy. Thi work ha the intention to diu the iue of a GD and ome poible olution. The mot ommon type of ditributed generation and ome impat on GD in eletri power ditribuition ytem will be preented. 1 Keyword - Ditributed Generation; energy effiieny; impat of GD; Network Eletriity Ditribution. 1. INTRODUÇÃO A fonte de Geração Ditribuída (GD) vem endo ada vez mai dieminada no mundo, e omo o próprio nome diz, é um geração de energia elétria que oorre em loai que não eria intalada uma uina geradora onvenional, ou eja, ontribui para a ditribuição geográfia de geração de energia por não er onentrada. Há algun ano a GD e faz preente também no Brail [1], e vem endo fomentada devido a redução de uto da tenologia de geração de menor eala; pelo novo oneito de rede inteligente e retriçõe ambientai 1

2 para fonte de rede [2]. Como a geração de energia ditribuída é mai próxima da arga, reduz-e o uto e aumenta-e a efiiênia energétia por er mai etável e onfiável em relação à fonte onvenionai. Pela aeibilidade e inentivo para uprir a arga, urgiram mai produtore independente, gerando aim um exedente de energia. Ee trabalho tem omo intuito, diutir o impato de uma GD no ontexto da qualidade da energia elétria e alguma poívei oluçõe. Entre a problemátia enontrada pela implementação de um GD, pode-e itar a difiuldade de modelagem loal do itema de ditribuição, a interação itêmia em regime dinâmio, problema operaionai, exedente de energia, alteração no nível de tenão e reativo, bem omo a onfiabilidade de itema om GD [3]. Serão apreentado o tipo mai omun de geração ditribuída e algun apeto obre a GD em itema de ditribuição omo: araterítia operaionai, perpetiva de merado e da geração ditribuída, influênia da GD na operação e planejamento dete itema, apeto eonômio da inerção de GD e algun apeto da regulação do merado energétio. A implementação da geração ditribuída apreenta vária vantagen omo itada anteriormente, benefiiando a oneionária de energia. Entretanto, urgem algun deafio no itema de ditribuição. Alguma dela ão: o ontrole da regulação de tenão terá que oniderar obretenõe e ubtenõe ao longo do alimentador; a omutação de GD pode levar à oorrênia de efeito fliker mediante à flutuaçõe de tenão; a GD pode ter um impato ubtanial na araterítia de urto-iruito, levando à uperação da apaidade nominai de equipamento e deoordenação do equema de proteção; o uo de GD monofáia ou trifáia pode agravar problema aoiado om deequilíbrio de arga e impedânia; entre outro. Por io foi realizado um etudo obre o tema, buando oluçõe melhorar ou amenizar tai problema. Sabe-e que arga reitiva funionam omo diipador de energia, utilizando toda a potênia ativa forneida pelo itema elétrio de potênia 2

3 (SEP). A arga indutiva aborvem potênia reativa e armazenam energia ob a forma de ampo eletromagnétio. Já a arga apaitiva, forneem potênia reativa ao SEP e armazenam a energia ob a forma de ampo elétrio. O nívei de tenão dependem do fluxo de potênia reativa. Quando há exeo de potênia reativa apaitiva, o nível de tenão obe, fato mai omumente enontrado no período da noite. Epera-e obervar o impato da geração ditribuída na ligação de rede elétria, e enontrar poívei oluçõe, prinipalmente para a energia exedente, e omo ontrolar o nível de tenão e reativo do itema. Para io, erão realizado etudo obre geração ditribuída e apreentado algun ao epeífio omo: energia olar, eólia e élula ombutível; eu efeito na ligação a rede elétria. 2. FORMAS DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA A eguir, ão apreentada a prinipai forma de geração ditribuída. 2.1 Energia Solar Uma da prinipai forma de tenologia para Geração Ditribuída ão o painéi fotovoltaio P, que omo o nome já ugere, tranforma a energia luminoa, fóton, em energia elétria [4]. Logo, a energia olar é uma fonte de energia renovável. Ea forma de produção pode uprir à demanda de energia, e e fizer neeário, o exedente é injetado na rede. Ea tenologia tem ua implementação relativamente imple, bem omo a ua manutenção uma vez que o etudo obre o tema já etão bem avançado. Para expliar o funionamento do dipoitivo fotovoltaio, parte-e de que o memo é ontituído por dua amada de material emiondutor [5], uma amada tipo n e outra tipo p, om propriedade diferente. O emiondutore do tipo n ão o ontem íon poitivo, já o tipo p, ontém íon negativo. Sobre ea amada de emiondutore há uma grade metália reponável por fazer a aoiação em érie ou paralelo do painéi, e também, por oletar a orrente para um iruito externo. Dentre a amada n e p, enontra-e um ampo elétrio formado pela junção do emiondutore, ou eja, egue o prinípio de funionamento de um apaitor: dua plaa 3

4 paralela preenhida por um ampo elétrio. A luz olar inide no P, onde a mema tem uma parela refletida, outra aborvida e uma tereira parte que paa atravé da élula voltaia. A parte aborvida exita o elétron que vão para o nível de maior energia, dea forma o elétron e tornam livre e e movem na direção que o ampo elétrio impõe, ou eja, é gerada uma orrente ontínua. Para reduzir a reflexão e gerar mai energia, há uma amada de antireflexo obre a amada de metal. O P apreenta alguma vantagen, omo: er uma fonte de energia gratuita, ilenioa, não neeita de ombutível para funionamento, reitente ao lima, baixa manutenção, autonomia energétia e ao eja neeário aumentar a potênia, bata areentar módulo de élula fotovoltaia. A devantagem é o uto iniial da ua implantação, uma vez que, além do P, faz-e uo de inverore de elevado uto. Ma om a difuão deta tenologia etima-e que ete uto deva diminuir ubtanialmente. 2.2 Energia Eólia A energia eólia é uma fonte de energia também renovável. É uma tenologia que utiliza aerogeradore e onverte a força do vento, obtida atravé do deloamento de maa de ar, derivada de efeito da diferença de preão atmoféria entra regiõe ditinta, em energia elétria [7]. De forma emelhante a energia olar, eta energia pode er uada diretamente ou armazenada em bateria para neeidade poteriore. O aerogeradore podem operar ozinho ou aoiado à P ou élula ombutívei que erão expliada no próximo item. De aordo om o diionário de bibliografia da Univeridade de Oxford, o primeiro regitro de onverão de energia eólia para elétria pertene a Jame Blyth, que no ano de 1887 riou um gerador eólio obre uma torre de aproximadamente dez metro para produzir energia para arregar algun aumuladore de iluminação de ua aa de féria. O prinípio de geração de energia elétria do aerogeradore é baeado na utilização de uma máquina elétria (um gerador), integrada a um eixo onetado a uma epéie de ata-vento (turbina), que onverte a energia inétia do vento em energia elétria. A forma mai difundida é a de 4

5 turbina om trê pá. Entretanto, exitem vária outra forma de turbina que podem er utilizada, uja apliação pode trazer mai ou meno benefíio, de aordo om a araterítia eólia do loal de apliação [8]. Sitema de onverão de energia eólia extraem a energia do vento implemente reduzindo a veloidade dete, aborvendo a diferença de energia ontida pelo vento ante e depoi de paar pela uma turbina. A maior quantidade de energia poível é extraída do vento quando a veloidade dete é reduzida a um terço da veloidade que pouía ante de atravear um itema de onverão. A turbina vêm ofrendo evoluçõe para melhorar ua efiiênia. A mai moderna ão de eixo, om perfi aerodinâmio efiiente, e ão impulionada por força de utentação, aionando geradore de veloidade variável, omo máquina de indução. Exitem turbina de 100m de diâmetro que podem gerar até 5 MW [6]. Para intalação de aerogeradore é neeário eolher uma região que haja ondiçõe limátia favorávei, ou eja, região om vento forte e de longa duração. ento o qual deve er o ufiiente para girar a hélie e gerar a quantidade de energia demandada, levando-e em onideração que a mudança da etaçõe do ano alteram a intenidade do vento. Além dio, quanto mai larga a hélie do aerogerador, melhor o deempenho, memo em loai om meno intenidade de vento, podendo er intalado em lugare urbano. 2.3 Célula Combutível A élula ombutível (CaC) é uma tenologia apaz de onverter diretamente a energia químia em energia elétria [9]. A CaC é uma élula eletroquímia que pode er oniderada omo uma bateria em que o reagente, geralmente hidrogênio e oxigênio, ão alimentado ontinuamente. O hidrogênio é forneido do lado do anodo e o oxigênio do atodo, o memo ão forneido de forma ontinua, não neeitando rearregar bateria. A vantagem dea élula é que ão muito efiiente e pouo poluente. Podem er portátei, utilizada em itema de emergênia, inluive em loai em rede elétria. Uma da prinipai devantagen é o 5

6 uto, por er bem elevado quando omparado a outra fonte alternativa de energia. O hidrogênio uado omo ombutível é gerado atravé da eletrólie da água e, pode er gerado atravé do metano também, ma é meno uual por não er um proeo eologiamente orreto. Na eletrólie, o elemento químio ão eparado atravé do uo da eletriidade. Primeiramente oorre a deompoição do ompoto em íon, no ao da água H20, dioiam-e H e O, a partir dio paa-e orrente ontínua atravé do íon, obtendo-e então o elemento químio [10]. A CaC ão ompota baiamente por doi eletrodo eparado por uma membrana eletrolítia. o hidrogênio é entregue ao anodo, que é eletrodo do ombutível, onde oorre a oxidação de H em íon de H+ e doi elétron (H2 -> 2H+ + 2e-). O íon migram para o atodo, eletrodo de oxidação onde o elétron ão forçado a e tranferir para o memo eletrodo de oxidação atravé de um iruito externo. Nee iruito externo é onde provém a energia elétria. Como no painéi olare, a CaC produzem energia elétria om tenão e orrente ontante, alto valore de orrente e baixo de tenão [11]. Devido a io, a onexão dea tenologia ao itema elétrio faz-e neeário o uo de um onveror CC/CA para adequar a energia elétria ao padrõe da rede de ditribuição de energia elétria. 3. FORMAS DE CONEXÃO DE GD AO SISTEMA ELÉTRICO Exitem dua forma báia de onexão à rede: alimentador/lt exluivo para o liente e alimentador/lt ompartilhado om demai arga da ditribuidora. Tai onfiguraçõe erão expliitada no próximo ub-iten Conexão da GD diretamente à Subetação da oneionária atravé de alimentador/linha exluiva ou SE exluiva A onexão do aeante em alimentador ou linha exluiva é a que propiia maior onfiabilidade e egurança para o itema. A vantagem da utilização de um alimentador ou linha dediada não afeta o arregamento do demai alimentadore/linha da oneionária, dimenionado para o 6

7 atendimento da arga e eu repetivo reimento. Outra vantagem etá ligada ao equema de proteção prinipal, que também pode er dediado. A devantagem dea onfiguração é que requer maior invetimento e ó e jutifia para empreendimento de maior eala, para onexão em alta tenão (AT) ou quando a outra opção de onexão paar pela ontrução de uma ubetação de integração. Outra devantagem dea forma de onexão refere-e à diponibilidade de epaço fíio na ubetação da oneionária para intalação de uma nova aída para ee alimentador ou linha de tranmião. Em virtude da previão de uma grande quantidade de aeo de GD e da falta de epaço na ubetaçõe, memo para a própria ampliaçõe da oneionária, a opção por ea forma de onexão deve er avaliada riterioamente. Ea onexão da GD diretamente a SE da oneionária atravé de alimentador ou linha exluiva pode er feita de dua forma. Uma dela requer dijuntore a montante do tranformador de onexão enquanto a outra não. Outra opção de onexão e baeia na ontrução de uma ubetação exluiva para o aeante. Ea onfiguração tem ido adotada no ao de onexão em nívei de tenão uperiore a 69 k, ou no ao de vária unidade de geração que e aoiam e etabeleem ontrato entre i a fim de permitir ua onexão a um únio ponto do itema de ditribuição. A quetão é que ea ubetaçõe podem não er de propriedade da oneionária e, por razõe omeriai, a informaçõe diponívei em eu terminai, que permitiriam melhorar a operação do itema, nem empre ão ompartilhada. 3.2 Conexão da GD a alimentador ou LT pré-exitente A forma mai omum e barata de onexão da unidade de GD ao itema oorre atravé da interligação a alimentadore ou LT pré-exitente, uja finalidade anterior e retringia omente a alimentação de arga. Ee tipo de onexão torna o equema de proteção mai omplexo, já que, dependendo do omportamento da unidade de GD durante um urto-iruito, a 7

8 enibilidade, o alane e tempo de atuação da proteçõe do terminai da oneionária podem er afetado. Conexõe da GD em derivação em dijuntor LT/Alimentador préexitente para atendimento de arga riam linha/alimentadore multiterminai, em que o gerador do aeante e torna uma fonte adiional de orrente. Ea onfiguração afeta negativamente a operação, o depaho e a manutenção do elemento envolvido e ó é permitida em último ao. Além do problema para ditribuidora, o aeante também pode er ubmetido a um número maior de deligamento, tranitório ou permanente, repreentando perda de reeita e a apliação de maiore eforço meânio em ua máquina. A neeidade de realização de manutençõe preventiva e orretiva, ou ainda a grande extenão de linha de tranmião e alimentadore ao quai ele e enontra onetado ão aua que jutifiam tai deligamento. A proteção enontra então um deafio, por depender da relação entre a impendânia do itema e a impedândia da GD, poi a ontribuição da oneionária durante o urto pode er reduzida de forma que ua proteçõe baeada em obreorrente não ejam enibilizada. Outra devantagem da onexão de aeante em LT ou alimentadore pré-exitente diz repeito à loalização de falta. A loalização de falta é uma ferramenta importante para a redução do tempo de retabeleimento do itema. Muita pequia etão endo realizada no entido de riar algoritmo apaze de identifiar om preião o ponto de oorrênia do urto-iruito em itema om GD. Reomenda-e que o itema eja dividido em zona radiai, endo ada uma dela protegida por um dijuntor, o que implia na mudança de topologia do itema [12]. Exite um equema que requer a identifiação da direionalidade da orrente de urto atravé de divero enore [13]. A preião dee método etá diretamente ligada à quantidade de enore utilizado [14]. Há também um método baeado na teoria do grafo [15]. Enquanto que outro apreenta um equema baeado na impedânia aparente de equênia poitiva. Há a propota de um método de loalização de falta que leva em onta a reitênia de falta e a ramifiaçõe do itema de ditribuição [16]. 8

9 Apear da pequia, poua oneionária no Brail têm utilizado método de loalização de falta que levem em onta a preença de GD. Ee enário deve mudar om o aumento da penetração do aeante de geração no itema, realtando a importânia da pequia dee trabalho. 4. EFEITOS DA CONEXÃO DE GD A onexão de GD reulta em efeito tanto poitivo quanto negativo. Quando bem planejada, pode trazer benefíio tanto para a oneionária de energia omo para o onumidor final. No entanto, a GD pode apreentar, também, impato ignifiante no fluxo de potênia, no perfil de tenão e, portanto, na qualidade da energia forneida pelo itema elétrio no qual a GD foi onetada. O itema elétrio de energia não foi originalmente planejado para operar om fonte de geração ditribuída, poi o memo é operado de forma unidireional, ou eja, tranporta a energia em uma únia direção até hegar no onumidore, atravé da linha de ditribuição. Quando há inerção de GD diretamente no itema de ditribuição, o memo paam a ter um fluxo bidireional de energia e, por ee motivo, podem apreentar problema om o aumento da inerção GD [17]. A eguir ão apreentado o prinipai efeito que a GD pode auar no itema de energia, tomando-e omo bae a referênia [18]. 4.1 Afundamento de tenão Afundamento de tenão ão variaçõe de tenão de urta duração (TCD), no qual há a diminuição do valor da tenão para valore entre 10 e 90% do valor nominal deta tenão na frequênia nominal de operação. A aua de afundamento de tenão podem er a mai divera omo, por exemplo, partida de motore elétrio, urto-iruito, manobra na rede, energiação de grande arga e, também, durante o aionamento de uma fonte de GD (PCH, por exemplo) fora da veloidade ínrona [17]. Como efeito dee TCD, pode haver ao mau funionamento do itema de proteção da GD, epeialmente no baeado em miroproeadore, o que pode, por oneguinte, oaionar a interrupção do 9

10 funionamento de alguma deta fonte ou de outro equipamento onetado ao itema em quetão (e, inluive, agravar o problema). Além dio, há regitro de diparo indevido de have e relé omo onequênia de afundamento de tenão na rede. 4.2 Interrupçõe de urta duração Interrupção de urta duração é o nome dado à interrupção total do forneimento de energia elétria por um período uperior a 0,5 ilo e inferior a 1 minuto. Quando a tenão reduz a meno de 10% da tenão nominal o evento já é laifiado omo interrupção de urta duração. A aua mai omun dee fenômeno etão aoiada om abertura e fehamento automátio de itema de proteção de ramifiaçõe om falha do itema. Eta abertura e fehamento ão oaionada, na maioria da veze, por falha em ioladore e dearga atmoféria. Como efeito da interrupçõe de urta duração, pode haver o mau funionamento de itema de proteção, perda de informaçõe e mau funionamento de proeadore. 4.3 Interrupçõe longa Interrupção longa é o nome dado à interrupção total do forneimento de energia elétria por um período uperior a um minuto. Caua da interrupçõe longa: falha de equipamento no itema de energia, tempetade, objeto (árvore, arro, dentre outro) que olidem om omponente da rede (omo, por exemplo, abo ou pote), fogo, falha humana e má oordenação do itema. Como efeito da interrupçõe longa, pode haver a interrupção do funionamento de todo o equipamento onetado à rede atingida. 4.4 Pio de tenão Pio de tenão ão variaçõe muito rápida do valore de tenão om duraçõe urta que vão de miroegundo até algun miliegundo. Ete pio podem atingir milhare de volt, memo em itema de baixa tenão [18]. Caua do pio de tenão: haveamento de linha e de bano de apaitore para orreção de fator de potênia e, também, o deligamento de arga peada. 10

11 O efeito do pio de tenão no itema de energia elétria podem ter dede onequênia meno grave, omo interferênia eletromagnétia, até outra gravíima, omo, por exemplo, a ompleta queima de equipamento e detruição de ioladore. 4.5 Interrupçõe de urta duração Uma ditorção de forma de onda é dita harmônia quando a deformação e apreenta de forma imilar em ada ilo da freqüênia fundamental. A aua de ditorçõe harmônia ão oriunda da relação nãolinear tenão/orrente araterítia de determinado omponente da rede, omo por exemplo, tranformadore e motore, ujo núleo ferromagnétio ão ujeito à aturação, deontinuidade devido ao haveamento da orrente em onverore eletrônio, ponte retifiadora e ompenadore etátio. Por outro lado, arga não lineare apareem omo a aua moderna da ditorçõe harmônia. Exemplo de arga não lineare ão: aparelho eletrônio, inverore, fonte haveada, equipamento de proeamento de dado e luze de alta efiiênia. Com relação a geração ditribuída, ita-e a utilização de inverore omo a prinipal aua de ditorçõe harmônia na rede. O tipo de ditorção e a everidade dependem da tenologia utilizada pelo inveror e da onfiguraçõe de interonexão da GD à rede [17]. O efeito da ditorção harmônia no itema de energia elétria podem er divero. O prinipai e mai onheido ão: probabilidade elevada da oorrênia de reonânia no itema, obrearga do neutro em itema trifáio, obreaqueimento de abo e equipamento, perda de efiiênia de máquina elétria, interferênia eletromagnétia om itema de omuniação e diparo de have de proteçõe térmia. Entretanto, o problema da ditorçõe harmônia relaionada à GD tendem a diminuir om o avanço da tenologia do inverore [19]. 11

12 4.6 Flutuaçõe de tenão Flutuaçõe de tenão ão oilaçõe do valor de tenão, om amplitude modulada por inai om frequênia que vão de 0 a 30Hz. Dentre a aua da flutuaçõe de tenão ão etão a variaçõe na geração de energia de fonte GD baeada em fonte primária de energia irregulare, omo por exemplo, aerogeradore e painéi fotovoltaio [20]; forno elétrio de aro voltaio e partida e deligamento de máquina elétria. Um do prinipai efeito da flutuaçõe no itema elétrio e a geração da intiliação luminoa, também onheida por fliker [20]. 4.7 Ruído Ruído ão uperpoiçõe de inai de alta frequênia ao inal original de tenão e orrente, na frequênia nominal de operação. A aua etão aoiada à interferênia eletromagnétia proveniente, por exemplo, de miroonda, difuõe de inai televiivo [18]. No ao de GD no itema de energia elétria, podem er auado pelo equipamento de eletrônia de potênia (retifiadore e inverore) e também por aterramento impróprio de omponente do itema. O efeito do ruído não ão geralmente grave, endo apena, normalmente, fator de perturbação para equipamento eletrônio e itema de proteção. 4.8 Deequilíbrio de tenão A inerção de fonte monofáia de GD, omo, por exemplo, painéi fotovoltaio, pode gerar um deequilíbrio de tenão em itema trifáio de energia elétria [19]. O deequilíbrio de tenão é repreentado por uma variação na magnitude ou no ângulo de fae, ou ainda, o doi efeito onomitante, não permitindo que o itema opere de forma imétria. Como onequênia deta operação não imétria do itema de energia elétria, há a exitênia de omponente de equênia negativa que ão prejudiiai a todo o tipo de arga trifáia, em epeial ao motore de indução [20]. 12

13 5. ESTUDOS DE QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA ENOLENDO A GD A eguir ão apreentado algun etudo realizado obre a influênia da GD na qualidade da energia elétria da rede elétria. 5.1 Tenão em regime permanente e fator de potênia Nete item erá avaliada a relação de geração om a arga onumida. Na Figura 1, a variávei R e X repreentam a impedânia da linha, R e X repreenta a arga intalada e Ig é a orrente injetada pela GD. A relaçõe de orrente gerada e requerida pela arga podem er obervada no gráfio da Figura 2 e 3. Coniderando eta relaçõe e baeado no digrama unifilar da Figura 4, erão realizado álulo para ver a tenão na barra A (a) e a orrente vinda da fonte (If). Outra variávei importante ão I, orrepondente a orrente requerida pelo onumidor e a, que orreponde a tenão na barra onde a GD foi inerida. Figura 1 Exemplo de GD em rede elétria Fonte: O autor (2017) Figura 2 Relaçõe entre orrente gerada e requerida pela arga: em inerir a geração (à eq.) e uprindo metade da arga (à dir.) 13

14 Fonte: O autor (2017) Figura 3 Relaçõe entre orrente gerada e requerida pela arga: om geração equivalente a orrente onumida (à eq.) e om geração exedente (à dir.) Fonte: O autor (2017) Figura 4 - Diagrama unifilar utilizado para análie de nível de tenão e fator de potênia Fonte: O autor (2017) Coniderando um 1ºao om Ig=0, tem-e: I f ( R jx ) ( R jx ) I f ,42 39, 98 (0,02 j0,3) (4 j3,0) 14

15 a a a I f ( R jx ) (24,42 39,98 )(0,02 j0,3) 122,10 2, 51 ag ag ag I g 2º ao: para Ig = 0,5 I 1 1 I g I f (24,42 39,98º ) 12,21 2,51º 2 2 ( R jx )( R jx ) ( R jx ) ( R jx (0,02 j0,3)(4,0 j3,0) 12,21 2,51º (0,02 j0,3) (4,0 j3,0) 3,53 81,16 ) I I fg a a f I f ag 3,53 81,16 11,74 5, 02 ( R jx ) 0,02 j0,3 ao ag 122,54 0,87 122,10 2,51 3,53 81,16 I I 24,42 39,98 11,74 5, 02 fo fg 34,75 27, 56 fpu 0, 88pu 3º ao: Ig = I I g I f 24,42 39,98º ag ag ag I g ( R ( R jx )( R jx ) ( R (0,02 j0,3)(4,0 j3,0) 24,42 39,98º (0,02 j0,3) (4,0 j3,0) 7,06 81,16 jx jx ) ) I fg a a ag 7,06 81,16 23,48 65, 02 ( R jx ) 0,02 j0,3 ao ag 123,08 0,76 122,10 2,51 7,06 81,16 I f I I 24,42 39,98 23,48 65, 02 fo fg 15

16 I f 46,7 51, 9 fpu 0, 62pu ag ag ag I g 4º ao: Ig = 4 I I g I 4 (24,42 39,98º) 97,68 2, 51 ( R ( R 4 f jx )( R jx ) ( R jx jx (0,02 j0,3)(4,0 j3,0) 97,68 2,51 (0,02 j0,3) (4,0 j3,0) 27,36 81,16 ) ) I I fg a a f I f ag 27,36 81,16 91,02 5, 02 ( R jx ) 0,02 j0,3 ao ag 128,04 9,75 122,10 2,51 27,36 81,16 I I 24,42 39,98 91,02 5, 02 fo fg 112,03 12, 08 fpu 0, 92pu A Tabela 1 reume o reultado obtido para ada um do 4 ao aima analiado. Nota-e que ao e aumentar a inerção de geração ditribuída, a tenão na barra A tende a aumentar, bem omo o fator de potênia e a orrente vinda da fonte. Tabela 1 Reultado do ao etudado 16

17 5.2 Tranitório de energização A referênia [17] apreentou etudo voltado para a invetigação de tranitório gerado pela onexão ou deonexão da fonte de GD ao itema elétrio. Utilizou-e a bibliotea SimPowerSytem dentro do ambiente de imulação SIMULINK do oftware MATLAB. Para tal, riou-e no MATLAB o modelo repreentado na Figura 5 que bua repreentar a rede de ditribuição de baixa tenão no ambiente SIMULINK fez-e uo do bloo de uma fonte trifáia, modelada om uma tenão de 220 entre fae, frequênia de 60 Hz e om uma potênia de urto-iruito de 150 ka. A partir dete modelo, obteve-e o reultado apreentado para análie do efeito na onexão de um itema fotovoltaio (P) e onexão da élula a ombutível (CaC), onforme motrado na Figura 6 e 7. Foi realizada uma análie om relação à onexão do painéi fotovoltaio à rede de ditribuição. De aordo om o dado da imulação, no intante t=2.5 oorre a onexão do painéi ao itema. Conforme pode er viualizado na figura, a onexão do painéi faz om que haja um pio de tenão que atinge 1.25 pu. Ete pio de tenão poderia er aua do mau funionamento ou até da queima de algum equipamento elétrio e, portanto, etaria degradando a qualidade do itema. Figura 5 - Modelo utilizado em ambiente SIMULINK do MATLAB 17

18 Figura 6 Efeito da onexão do itema fotovoltaio omo fonte GD Figura 7 - Efeito da onexão de CaC omo fonte GD Com relação ao efeito da onexão do itema fotovoltaio à orrente da rede, pode-e verifiar que eta onexão requer a diminuição do valor de orrente forneido pela rede e ua ontante adaptação, de forma a forneer a quantidade de orrente neeária à arga elétria memo quando o valor de orrente na aída do itema fotovoltaio oile em deorrênia de variaçõe na irradiação olar. A CaC, da mema forma omo a outra dua fonte de GD analiada, também apreentou efeito à rede. Conforme pode er vito na figura, a onexão da CaC ao itema oaionou um pio de tenão, emelhante ao da onexão do painéi fotovoltaio, porém deta vez atingindo 1.20 pu do valor da tenão. Intereante no ao da CaC é analiar o impato de ua onexão na forma de onda da orrente, uma vez que eta a 18

19 CaC é uma fonte de GD monofáia e obriga a rede a forneer um valor inferior de orrente em apena uma de ua fae, podendo reultar também em deequilíbrio de tenão. 5.3 Harmônio e deequilíbrio de tenão Devido à emelhança entre o painéi fotovoltaio e a élula a ombutível, por amba operarem om fonte DC mai inveror, foi feito o etudo de ao apena para CaC, já que para P a análie eria análoga. O etudo de ao envolve uma da prinipai tenologia de GD diponívei omerialmente, a Célula a Combutível, enfoando o apeto relaionado à qualidade da energia elétria forneida por tai dipoitivo. O trabalho de medição e avaliação foram efetuado em uma élula a ombutível, modelo PC-25C, potênia de 200 kw, utilizando-e o equipamento ACE 2000 a fim de e verifiar a operação da élula quanto à QEE, mai epeifiamente, harmônio e deequilíbrio de tenão. Foram definido divero patamare de potênia 10, 20, 50, 100, 150 e 200 kw, om período de monitoramento de 24 hora para ada patamar. Ete proedimento teve por objetivo verifiar a injeçõe harmônia da CaC, bem omo o eu impato no ponto de intalação. Para io foram realizado doi tipo de medição: Medição de harmônio e energia om a CaC fora de operação; e em eguida, medição de harmônio e energia om a CaC em operação. Foram realizada mediçõe no eundário do tranformador, em 127, fae-neutro, para dua ituaçõe: om a CaC fora de operação e om a CaC em operação no divero patamare de geração entre 10 e 100 %. Da mediçõe e análie realizada ob o ponto de vita de geração harmônia, por parte da CaC, podem er obtida o reultado apreentado na Figura 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 e 19. Com o CaC fora de operação, foram obervado o eguinte dado: - tenõe rm - etávei e equilibrada; - orrente e potênia ativa levemente deequilibrada; - ditorção harmônia total de tenão (DHTv) - variou entre 1,9 e 4,2 %, para a trê fae; 19

20 - ditorção harmônia total de orrente variou batante entre a fae - 23 % para a fae meno ditorida e 74% para a fae mai ditorida; - fator de potênia - variou entre 0,8 e 0,95. Figura 8 Tenõe no barramento (om CaC fora de operação) Figura 9 Corrente no eundário do tranformador (om CaC fora de operação) Figura 10 Ditorção harmônia de tenão (om CaC fora de operação) Figura 11 Ditorção harmônia de orrente (om CaC fora de operação) Figura 12 Fator de potênia (om CaC fora de operação) Figura 13 Tenõe no barramento (om CaC em operação) 20

21 Figura 14 Corrente no eundário do tranformador (om CaC em operação) Figura 15 Ditorção harmônia de tenão (om CaC em operação) Figura 16 Ditorção harmônia de tenão para élula 10% (om CaC em operação) Figura 17 Ditorção harmônia de tenão para élula 50% (om CaC em operação) Figura 18 Ditorção harmônia de tenão para élula 100% (om CaC em operação) Figura 19 Fator de potênia (om CaC em operação) 21

22 Com o CaC em operação, foram obervado o eguinte dado: - tenõe rm - etávei e equilibrada; - orrente e potênia ativa - motraram-e mai equilibrada para toda a ondiçõe de geração analiada (10, 50 e 100 %); - ditorção harmônia total de tenão (DHTv) - variou entre 1,9 e 6,0 % para a trê fae. O DHTv igual a 6% oorreu no momento em que a élula etava gerando 10 % da potênia nominal da mema; - ditorção harmônia total de orrente variou batante para ada uma da ondiçõe de operação da élula: para 10 % o DHTi variou entre 100 e 750 % da orrente nominal; para 50 % o DHTi variou entre 20 e 100 % da orrente nominal; para 100 % o DHTi variou entre 10 % e 25 % da orrente nominal; - fator de potênia também variou para ada uma da ondiçõe operativa da élula: para 10% o FP variou entre 0,2 e 0,7 da orrente nominal; para 50% o FP variou entre 0,7% e 0,95 da orrente nominal; para 100% o FP fiou muito próximo a 1,0. Conlui-e, aim que, om a entrada em operação da élula ombutível pouo e afeta o nívei de ditorção harmônia total de tenão, fiando dentro do valore reomendado por norma. Apear do alto onteúdo harmônio em orrente injetado na intalação, o memo não e motrou apaz de ditorer ignifiativamente a tenão. 6. CONCLUSÕES Com a reente inerção de fonte de GD na rede de ditribuição em paíe deenvolvido e em deenvolvimento e o inentivo à bua por efiiênia energétia e redução de gae poluente, torna-e impreindível um etudo do efeito da GD e eu apeto em itema de ditribuição. Nete trabalho foram apreentada a prinipai tenologia da GD om foo em itema de ditribuição de energia elétria. O prinípio da geração de energia elétria e a prinipai araterítia de ontrução foram apontada para a mema. 22

23 Atualmente, om a nova legilação que permite a onexão da GD até memo para onumidore reideniai, deve-e analiar quai o impato ob nova topologia de rede. Com bae no etudo que foram apreentado, foi poível identifiar e apontar alguma da prinipai araterítia da onexão da fonte de GD. erifiou-e que a GD apreenta, de fato, pode oaionar efeito no itema de ditribuição de energia elétria. A onexão e a deonexão podem apreentar tranitório que, por ua vez, podem refletir na forma de onda da tenão da rede. Além dio, obervou-e que a GD pode alterar o perfil de tenão de regime permanente da rede, tornando-a mai elevada. Permite-e, portanto, partir do entendimento que uma onexão em maa de GD ao itema de ditribuição de baixa tenão pode apreentar impato ignifiativo para a oneionária de ditribuição, levando a uma nova filoofia de análie para ete egmento. Portanto, ete levanta quetõe importante relaionada om a análie do efeito da onexão de GD à rede elétria de ditribuição e o gereniamento/planejamento da mema. 7. REFERÊNCIAS [1] GOMES, P. et al. Geração Ditribuída: antagen, Problema e Perpetiva. In: SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA (15.: Out : Foz do Iguaçu, Paraná). Anai. Paraná, [2] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 10520: Geração Ditribuída - Novo ilo de deenvolvimento. 1 ed. Pinheiro: p. Diponível em: < 013.pdf&h=zAQEBeX>. Aeo em: 22 maio [3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNIAS. NBR 10520: MONITORAÇÃO EM TEMPO REAL DA GERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO. 1 ed. Florianópoli: p [4] Coelho, P.; Cana,.; Sitema fotovoltaio remoto. Produção e Planeamento de Energia Elétria. FCTUC/DEEC [5] WILLIS, H. Lee; SCOTT, Walter G. Ditributed power generation: planning and evaluation. USA: CRC, Taylor & Frani Group,

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