Universidade de Brasília - UnB Faculdade UnB Gama - FGA Curso de Engenharia de Energia

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Danilo Angelim
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1 1 Universidade de Brasília - UnB Faculdade UnB Gama - FGA Curso de Engenharia de Energia ESTUDO DE OSCILAÇOES HARMONICAS CAUSADAS POR UM PARQUE EOLICO NA REDE Autor: Mateus Borges Veras Orientador: Alex Reis Brasília, DF 2016

2 2 MATEUS BORGES VERAS ESTUDO DE OSCILAÇOES HARMONICAS CAUSADAS POR UM PARQUE EOLICO NA REDE : ANÁLISE DE CAPACIDADE DE HOSPEDAGEM DA REDE POR OSCILAÇOES HARMONICAS Monografia submetida ao curso de graduação em Engenharia de Energia da Universidade de Brasília, como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de Energia. Orientador: Doutor em engenharia Eletrica Brasília, DF 2016

3 ESTUDO DE OSCILAÇOES HARMONICAS CAUSADAS POR UM PARQUE EOLICO NA REDE Mateus Borges Veras Monografia submetida como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de energia da

3 3 ESTUDO DE OSCILAÇOES HARMONICAS CAUSADAS POR UM PARQUE EOLICO NA REDE Mateus Borges Veras Monografia submetida como requisito parcial para obtenção do Título de Bacharel em Engenharia de energia da Faculdade UnB Gama - FGA, da Universidade de Brasília, em 14/12/2016 apresentada e aprovada pela banca examinadora abaixo assinada: Prof. (Titulação): Nome do Professor, UnB/ FGA Orientador Prof. (Titulação): Nome do Professor, UnB/ FGA Membro Convidado Prof. (Titulação): Nome do Professor, UnB/ FGA Membro Convidado Brasília, DF 2016

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7 7 *RESUMO Palavras-chave:

8 8 ABSTRACT Keywords:

9 9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ASPECTOS GERAIS... Error! Bookmark not defined COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DO TRABALHO... Error! Bookmark not defined USO DE EDITORES DE TEXTO...14

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11 1. INTRODUÇÃO Com o passar dos anos, e o avanço das tecnologias, a Energia eólica vem cada vez mais como solução para a crise energética, por ser uma energia renovável, ou seja, seus recursos são

11 11 1. INTRODUÇÃO Com o passar dos anos, e o avanço das tecnologias, a Energia eólica vem cada vez mais como solução para a crise energética, por ser uma energia renovável, ou seja, seus recursos são obtidos de forma natural, e capazes de se regenerarem em um curto período de tempo (Revista Ecoturismo). Em busca de novas fontes de energia elétrica, em 1975 o Departamento de energia dos Estados Unidos, financiou um projeto gerido pela NASA com o intuito de um parque eólico ser ligado a rede, e gerar energia para pouco mais de 4 mil residências localizadas no estado da California. A ligação de parques eólicos a rede, porém, pode não ser tão fácil assim, sendo que esta, produz muitas oscilações harmônicas, que ao serem ligadas a rede, causam decaimento da qualidade de energia. Em um sistema de geração eólica, utilizando-se aerogeradores DFIG (gerador de indução duplamente alimentados), alguns componentes são de fácil visualização como fontes de harmônicos, como Statcoms, que são conversores estáticos e os dois conversores do sistema DFIG (Liu, S. Y.; Cupertino, A. F.; Silva, S. R., 2015). Figura 1: sistema com geração DFIG Fonte: Pinto et al., Panorama geral sobre energia eólica Com a, cada vez mais, crescente necessidade de energia elétrica da população em geral, a busca sobre novas fontes de energia, e o aprimoramento das já existentes, se faz mais necessário.

12 12 Segundo o secretário de Planejamento Energético do Ministério de Minas e Energia (MME), Altino Ventura, existe uma necessidade de suprir o consumo de eletricidade de acordo com o cenário mundial de energia limpa. A partir dos anos 1970 até o 2000, o Brasil priorizou muito a hidreletricidade. Já temos uma indicação nos próximos 30 anos de que esgotaremos esse potencial. Então é importante que o Brasil desenvolva novas fontes para a produção de energia elétrica dentro da política de diversificar a matriz, o que temos feito nos últimos 15 anos, explica. Com isso, a energia renovável vem ganhando mais espaço nas matrizes energéticas do país. O governo federal, por exemplo, realizou por meio do Banco Nacional de Desenvolvimento (BNDS), um investimento próximo a R$100 bilhões em financiamentos para 285 iniciativas de energias renováveis no período de 2003 a 2015, sendo mais de R$19 bilhões só para energia eólica. A energia eólica então, vem em grande crescente no Brasil desde 2010, onde sua capacidade instalada não passava dos 927 MW, e agora em 2015 já representa mais de 8,5 GW, segundo a Associação Brasileira de Energia Eólica (ABEEOLICA). E como mostra a figura 2, já somos a 10ª maior potência em produção de energia elétrica a partir de geração eólica

13 13 Figura 2: Ranking mundial de capacidade instalada até 2015 Fonte: CERNE Press com informações da WWEA 1.2 Conexão de unidades eólicas à rede elétrica Parques eólicos por serem operadas em cargas não-lineares, e usarem conversores de frequência para a conexão a rede elétrica, são fontes conhecidas de distorções harmônicas. De acordo com Albert Betz, físico alemão, o máximo de eficiência que uma turbina eólica pode converter em energia elétrica é de 16/27, ou seja, 40,7% da energia cinética do vento não é aproveitada. Essa eficiência máxima da turbina, não leva em consideração todos os atributos da turbina, então os valores atingidos de aerogeradores, estão bem abaixo do limite de Betz, entorno de 35% a 45% (COMPREENDER O..., 2011). Os mais modernos e tecnológicos aerogeradores de alta produção, utilizam eletrônicos de potência que são conhecidos por serem fontes de harmônicos. Os dois conversores estáticos

14 14 do gerador tipo DFIG, por funcionar com velocidade variável, aumenta a quantidade de injeção de harmônicos e inter-harmonicos na rede. Oscilações harmônicas são frequências inteiras múltiplas da frequência fundamental, no Brasil, por exemplo, essa frequência é de 60 Hz, então as harmônicas são suas múltiplas, como 120Hz, 180 Hz, e 240 Hz. (SCHWANZ, 2013). A figura 3 mostra um exemplo de um sinal de sonda não-senoidal e a decomposição em funções senoidais através da série de Fourier. Na figura 3 estão representados os harmônicos até a décima terceira ordem. Figura 3. Distorção harmônica e suas decomposições Fonte: Souza, E. da C., 2011 Os inter- harmônicos, assim como os harmonicos, são conjuntos de variações na frequência, porem estes não são múltiplos inteiros da frequência nominal. Para a ligação de um parque eólico a rede, é preciso um estudo sobre a avaliação da qualidade da energia gerada, pois um distúrbio na tensão, corrente ou frequência, pode ocasionar em falhas ou mal funcionamento de equipamentos (Dugan et al., 2004). De acordo com o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), órgão responsável pela regulamentação da rede, alguns parâmetros são necessários para a conexão de um parque eólico à rede. O indicador de Desempenho da Frequência em Regime Permanente (DFP) avalia as variações de frequência durante operação do sistema elétrico em regime permanente no intervalo de 10 minutos. O indicador de Frequência durante Distúrbios (DFD), representa o percentual de intervalos de 10 minutos em que há um desvio de 0,4 Hz*min, e seus valores são estabelecidos a partir dos valores absolutos da frequência sem integralização, para cada distúrbio.

15 Objetivos do trabalho Este trabalho tem como objetivo principal o estudo de um parque eólica ao ser ligado à rede. Por meio do OpenDSS fazer uma modelagem de linha na rede elétrica, e a análise de capacidade de hospedagem. Quando um parque eólico está em desenvolvimento, é necessário um estudo sobre a qualidade de energia e os efeitos do mesmo ao ser ligado à rede. Por meio desde, haverá uma análise sobre o caso, e possíveis soluções sobre a mitigação do problema. Bibliografia

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