Impacto da Energia Eólica na Rede Elétrica Planejamento e Operação

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1 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica Impacto da Energia Eólica na Rede Elétrica Planejamento e Operação Autor / apresentador Ricardo Penido D. Ross Departamento de Redes Elétricas Departamento de Tecnologia de Distribuição 14/6/ Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

2 Variabilidade da Fonte Primária Variação da potência gerada em função da velocidade do vento traz a necessidade da rede contar com reserva de capacidade Fundamental Corrente (A) /2/12 0:00 3/2/12 0:00 5/2/12 0:00 7/2/12 0:00 9/2/12 0:00 11/2/12 0:00 13/2/12 0:00 15/2/12 0:00 17/2/12 0:00 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

3 Reação a Problemas causados pela rede básica de transmissão Desligamento dos parque eólicos devido a afundamentos de tensão torna o controle de tensão e controle de frequência mais do sistema mais sensível Fonte: Brochura CIGRÉ 450 (WG C6.08) Grid Integration of Wind Generation Fevereiro de 2011 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

4 Ilhamento ou não quando da conexão à redes de distribuição Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

5 Mapa dos Principais Sistemas de Transmissão do Brasil - ONS Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

6 INFORMAÇÕES INSTITUCIONAIS Operador Nacional do Sistema responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica Rede Básica (níveis de tensão de 230kV e acima) e DITs Procedimentos de Rede Agentes de geração e carga Agentes de Transmissão Agentes de Distribuição Agentes de Geração podem estar conectados na rede básica em DITs, nas ICGs ou nas distribuidoras Distribuidoras Procedimentos de Distribuição Início de 2009 Anteriormente havia o relatório do ONS 2.1/052/2005 Estudos Complementares para Acesso das Centrais Eólicas do Proinfa Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

7 PROCEDIMENTOS de rede (ONS), e de distribuição (PRODIST) Acesso aos Sistemas de Transmissão Rede Básica Acesso aos Sistemas de Distribuição Consulta de Acesso Estudos Preliminares Fornecer ao ONS as informações básicas do seu empreendimento Providenciar os estudos de integração do seu empreendimento a rede para definir a melhor opção de conexão. Mínimo Custo Global (modicidade tarifária) Fluxo de potência Estabilidade Curto-Circuito Solicitação de Acesso Estudos Definitivos e Medições Novos estudos mais detalhados Impactos na rede elétrica existente Harmônicos e Flicker Medições de qualidade de energia antes da conexão Requisitos Técnicos Mínimos para Conexões a rede Básica (ONS) Impactos do acessante na rede Descrição de como devem ser executados os estudos Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

8 Requisitos Técnicos Mínimos ONS Frequencia Fora da Normal Operação entre 56,5 e 63 Hz sem atuação de proteção instantânea Operação abaixo de 58,5Hz por até 10 seg Operação entre 58,5 e 61Hz sem atuação de proteção temporizada Operação acima de 61,5Hz por até 10 seg Geração e Absorção de Reativos no Ponto de Conexão Fator de Potência nominal (fp = 1)em Operação Normal A pedido do ONS se manter na faixa entre (0,95 ind e 0,95 cap) Tensão Fora da Normal Operação entre 0,90pu e 1,10pu sem atuação da proteção temporizada Operação entre 0,85pu e 0,90pu sem atuação proteção por até 5 seg Possibilidade de redução da geração pelo controle das pás Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

9 Curva de Suportabilidade a Afundamentos de Tensão ( Ride Thru ) ou LVRT Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

10 Estudos Qualidade de Energia Medições ONS Instruções para realização de Estudos e Medições de QEE relacionados aos Novos Acessos a Rede Básica Harmônicos Injeção de correntes no ponto de acoplamento comum Flicker Avaliação Simplificada proposta na norma IEC Antes e Depois da ligação do Parque Eólico Ponto de Acoplamento Comum Duração Mínima 7 dias Harmônicos (tensão) Flicker (tensão) Desequilíbrio Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

11 Tipos de aerogeradores Tipo 1 Gerador de Indução estator diretamente conectado à rede, rotor gaiola, capacitores chaveáveis (se houver) Tipo 2 Gerador de Indução estator diretamente conectado à rede, rotor bobinado, capacitores chaveáveis (se houver) Tipo 3 Gerador de Indução com dupla alimentação estator diretamente conectado à rede, rotor conectado através de conversor (VSC), filtros do lado CA Tipo 4 Gerador Síncrono conectado a rede através de conversor (VSC), filtros do lado CA Tipo 5 Gerador Síncrono diretamente conectado à rede Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

12 Aerogerador Tipo 4 Conversor e Controle Conversor Fonte de Tensão (VSC) com controle de corrente i out i ref v out Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

13 Variabilidade na Injeção de correntes Harmônicas Os aerogeradores dos tipos 3 e 4 causam variação expressiva da Injeção de Correntes Harmônicas na rede elétrica Corrente (A) qua sex dom ter qui sáb seg qua sex Corrente de Quinta Harmônica Medida no aerogerador Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

14 Medidor de QEE segundo a NBR-IEC Medidores comerciais não atendem todos os requisitos Desenvolvimento de um sistema de medição Bobina de Rogowski Módulos SCXI v condicionamento i TC Filtro Passa -baixa Transdutor de tensão v vento. Aquisição de dados (A/D) Cálculo e Armazenamento Condici onamento e processamento LabVIEW Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

15 Estudos de Fluxo de Potência Carga Pesada e Carga Leve Contingências Os estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e para o ano final de instalação do parque eólico Considerar diferentes valores de potência ativa gerada Conexão do parque eólico a RB é responsabilidade do acessante Reforços que a RB precisa realizar para prover a entrada do novo acessante é responsabilidade do ONS e as transmissoras e devem considerar o mínimo custo global Devem ser estudadas diversas alternativas para conexão a rede Dados do SIN no formato dos principais programas do CEPEL estão disponíveis nos sítios ou Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

16 Estudos de Curto Circuito Verificação do Aumento do Nível de Curto-Circuito na Rede Verificação de Superação de Disjuntores e outros equipamentos existentes Análise da proteção Os estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e para o ano final de instalação do parque eólico Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

17 Estudos de Estabilidade Eletromecânica Simulações dos Eventos mais Relevantes levando em consideração a probabilidade e a intensidade Aplicação e eliminação de curtos-circuitos (RB e distribuição AT) Rejeição do Parque eólico com diversos níveis de potência ativa gerada Os estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e para o ano final de instalação do parque eólico Modelagem dinâmica do parque eólico Perda de sincronismo Simulação de relés que podem ser sensibilizados Simulação de Sistemas de Controle de geradores e compensadores localizados nas proximidades Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

18 Modelo no Anatem de Fonte em Derivação controlada por CDU Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

19 Estudos de Harmônicos Simulações em programas de modelagem Harmônica Fonte Harmônica, representando todo o parque eólico, conectada no ponto de acoplamento comum Restante da rede elétrica simulada considerando as principais contingências Comparação da distorção calculada de cada frequência harmônica com os limites individuais de distorção de tensão definidos no Procedimento de Rede Caso haja ultrapassagem é necessária a adoção de filtros Os estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e para o ano final de instalação do parque eólico Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

20 ONS Estudos de determinação da distorção harmônica de tensão Fonte de Corrente Eq. Impedâncias,capa- citores e filtros Lugar Geométrico Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

21 ONS Estudos Obtenção do L.G. de Admitâncias para cada (h) Diferentes cenários Diferentes contingências Diferentes cargas Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

22 Limites Individuais de Distorção Harmônica da Tensão - ONS 13,8 kv V 69 kv V 69 kv ÍMPARES PARES ÍMPARES PARES ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) 3 a 25 1,5 3 a 25 0,6 todos 0,6 todos 0,3 27 0,7 27 0,4 THDV95% = 3 THDV95% = 1,5 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

23 Valores de Referência Distorção Harmônica da Tensão - PRODIST Distorção Total de Tensão Vn < 1kV - 10% 1kV < Vn < 13,8kV 8% 13,8kV<Vn< 69kV - 6% 69kV<Vn< 230kV - 4% Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

24 Estudos de Simulação Harmônica Parque Eólico MV HV Z F I hb V hb Z t V ha I ha Z S Parque Eólico com apenas um único aerogerador tipo 4 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

25 Conclusões e Desenvolvimentos Há impacto tanto da geração de energia eólica na rede elétrica como da rede elétrica nas instalações eólicas Está sendo investigado em diversos países qual o máximo nível de energia eólica na rede que não comprometa o desempenho do sistema Estão sendo desenvolvidas novas técnicas nos aerogeradores que permitam melhorar transitoriamente: Controle de Tensão Reativo Participação no controle de frequência Estão sendo investigadas técnicas visando separar os harmônicos efetivamente injetados pelos aerogeradores dos existentes na rede elétrica Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho

26 OBRIGADO Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste Junho