Infraestruturas Laboratoriais do GEDAE/UFPA e do LSF/USP para o Estudo de Minirredes Inteligentes com Geração Híbrida de Energia

Transcrição

1 IEE/USP 27/06/2017 Infraestruturas Laboratoriais do GEDAE/UFPA e do LSF/USP para o Estudo de Minirredes Inteligentes com Geração Híbrida de Energia Prof. Dr.-Ing. João Tavares Pinho - Professor Titular da Universidade Federal do Pará - UFPA - Coordenador do Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas - GEDAE - Coordenador do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia de Energias Renováveis e Eficiência Energética da Amazônia INCT-EREEA - Diretor Técnico do Instituto para o Desenvolvimento de Energias Alternativas na América Latina IDEAL - Presidente da Associação Brasileira de Energia Solar ABENS

2 Redes Inteligentes

3 Minirredes Inteligentes ISOLADAS: Eletrificação Rural (recursos limitados) INTERCONECTADAS: Prosumidores (Recursos Energéticos Distribuídos - Geração Distribuída, Resposta a Demanda, Armazenamento; Dispositivos inteligentes - Inversores, BMS, Medidores, etc.) Laboratório de Sistemas Fotovoltaicos (LSF), Instituto de Energia e Ambiente (IEE), Universidade de São Paulo (USP) Grupo de Estudos e Desenvolvimento de Alternativas Energéticas (GEDAE), Universidade Federal do Pará (UFPA)

4 Minirredes Inteligentes Redes elétricas de pequeno porte, que utilizam tecnologias de informação e telecomunicações para coletar e prover informações, de fornecedores e consumidores, de forma automática, a fim de gerenciar a produção, distribuição e consumo da energia elétrica de maneira mais eficiente, confiável, econômica, segura e sustentável. O condicionamento de potência e o controle da produção, distribuição e consumo são aspectos importantes nas redes inteligentes A SmartGrid is an electricity network that can intelligently integrate the actions of all users connected to it generators, consumers, and those that do both in order to efficiently deliver sustainable, economic and secure electricity supplies. (EU Report, 27)

5 Minirredes Inteligentes CAPACIDADES FUNCIONAIS NECESSÁRIAS Monitoração: Conhecimento da situação em tempo real; Conhecimento da qualidade da energia; Análise de fluxo de carga distribuída; Uso de SIG Controle: Gerenciamento da minirrede; Despacho dos recursos energéticos distribuídos (RED); Reconfiguração automática de circuitos; Previsão: Previsão de curto prazo dos RED; Previsão de longo prazo dos RED; Análise de contingências Otimização: Otimização da tensão; Otimização do fluxo de potência; Proteção adaptativa

6 Sistemas do LSF e do GEDAE OBJETIVOS Desenvolvimento de infraestruturas laboratoriais de sistemas híbridos de geração de eletricidade e minirredes inteligentes Desenvolvimento de estudos e pesquisas nos temas envolvidos Capacitação de mão de obra especializada nos níveis técnico e superior

7 Minirrede do GEDAE Primeiro sistema híbrido

8 Minirrede do GEDAE Expansão - Segundo sistema híbrido

9 Minirrede do GEDAE GFV-01 0,925 kwp GFV-02 e GFV-03 1,1 kwp GFV-04 e GFV-05 3 kwp GFV-06 e GFV-07 2 kwp GGD 12 kva INVB-01, INVB-02 e INVB-03 4,5 kw INVG-01, INVG-02 e INVG-03 0,7 kw BB-01 e BB kwh Controladores de Carga 48 Vc.c. / 60 A QDC quadro de distribuição e comando MD cerca de 1 km de comprimento linear, com cabos multiplexados de alumínio de 35 mm 2, chaves contatoras e auxiliares, que determinam as diferentes configurações de rede, como longa, curta, anel ou radial SM - Sunny SensorBox e Sunny WebBox O monitoramento/controle do sistema conectado diretamente no barramento c.c. dá-se por meio do HUB 4 (gerenciador de comunicação) e o MATE 3 (gerenciador e controle), interligados (cabeamento CAT5 Ethernet/RJ45) aos controladores de carga, ambos do fabricante OutBack

10 Minirrede do GEDAE GFV-05 3 kwp GFV-06 e GFV-07 2 kwp GGD 12 kva INVB-04, INVB-05 e INVB-06 4,5 kw BB kwh Controlador de Carga 48 Vc.c. / 60 A QDC quadro de distribuição e comando MD cerca de 1 km de comprimento linear, com cabos multiplexados de alumínio de 35 mm 2, chaves contatoras e auxiliares, que determinam as diferentes configurações de rede, como longa, curta, anel ou radial

11 Minirrede do GEDAE GFV-01 e Sunny SensorBox (1º módulo à direita) GFV-02 e GFV-03 GGD e anemometro (telhado) INVB, INVG, GDC

12 Minirrede do GEDAE GDC (vista interna) BB-01 e BB-02 Sunny WebBox e Power Injector (de baixo para cima) Sensores de temperatura ambiente e do módulo

13 Minirrede do GEDAE

14 Minirrede do GEDAE

15 Minirrede do GEDAE

16 Minirrede do GEDAE

17 Minirrede do LSF ST1 Principais componentes do ST1 8 x Geradores fotovoltaicos (total de 6,71 kwp); 6 x Inversores de conexão à rede; 3 x Inversores bidirecionais; 2 x Controladores de carga; 1 x Banco de baterias VRLA de 48 V/490 Ah; 1 x multicluster. Características do sistema Acoplamento misto; Geração distribuída no lado da carga no multicluster; Grupo Gerador de 40 kva; Conexão com à rede elétrica. SM1 Principais componentes do SM1 3 x Geradores fotovoltaicos (total de 1,28 kwp); 2 x Inversores de conexão à rede; 1 x Inversores bidirecionais; 1 x Controladores de carga; 1 x Banco de baterias VRLA de 48 V/200 Ah; Características do sistema Acoplamento misto; Grupo Gerador de 40 kva; Conexão com à rede elétrica; Possibilidade de fluxo reverso de potência para à rede elétrica.

18 Minirrede do LSF ST1 Computador Grupo Moto Gerador Anemômetro Sensor de temperatura Sensor Box Sunny data control Tensão 220 F-F Chave de transferência GFV 01 GFV 02 Módulos Inversor fotovoltaicos Grid tie Proteção c.c. INVG - 01 Proteção c.a. Medidor bidirecional Quadro de distribuição e controle Tensão 380 F-F Medidor bidirecional Transformador Fase A Fase B Fase C Rede de externa GFV 03 INVG - 02 INVG 03 Tensão 380 F-F Tensão 380 F-F Tensão 220 F-F Minirrede de distribuição Fase A Fase B Fase C INVG - 04 Transformador GFV 04 Inversores Bidirecionais INVB - 01 INVB 02 INVB 03 Medidor bidirecional INVG - 05 INVG - 06 GFV 05 Legendas Linhas vermelhas: Energia em corrente continua Linhas pretas: Energia em corrente alternada Linhas azuis: Comunicação entre as medições Caixa de proteção c.c. e seccionamento Tensão 48 c.c. CDC 01 Shunt de medição Banco de Baterias CDC 02 GFV 07 GFV 06 GFV 08

19 Minirrede do LSF Grupo Moto Gerador SM1 Computador Tensão 220 F-F Chave de transferência Medidor bidirecional Sensor Box Sunny WebBox Tensão 380 F-F Fase A Fase B Fase C Rede de externa Transformador GFV - 01 Proteção c.c. INVG - 01 Proteção c.a. Minirrede de distribuição INVG - 02 GFV - 02 INVB - 01 GFV - 03 CDC - 01 HYB - 01 Rede de externa Legendas Linhas vermelhas: Energia em corrente continua Linhas pretas: Energia em corrente alternada Linhas azuis: Comunicação entre as medições Banco de Bateria

20 Minirrede do LSF ST2 Principais componentes do ST2 1 x Gerador fotovoltaico (total de 2,8 kwp); 3 x Inversores bidirecionais; 1 x Controladores de carga; 2 x Banco de baterias VRLA de 48 V/200 Ah; 1 x X-Connect. Características do sistema Acoplamento c.c.; Grupo Gerador de 40 kva; Conexão com à rede elétrica. SM2 Principais componentes do SM2 1 x Gerador fotovoltaico (total de 2,8 kwp); 1 x Inversores bidirecionais; 1 x Controladores de carga; 1 x Banco de baterias VRLA de 24 V/200 Ah; 1 x XW Power Distribution Painel. Características do sistema Acoplamento c.c; Grupo Gerador de 40 kva; Conexão com à rede elétrica; Possibilidade de fluxo reverso de potência para à rede elétrica.

21 Minirrede do LSF Compactrio Computador RCC- 02 Xcom-CAN Xcom- SMS X-Connect ST2 Gerador Fotovoltaico Caixa de proteção c.c. e seccionamento Minirrede de distribuição Grupo Moto Gerador Caixa de proteção c.c. e seccionamento Shunt de medição Chave de transferência Shunt de medição Caixa de proteção c. a. seccionamento e monitoramento Caixa de proteção c.c. e seccionamento Caixa de proteção c.c. e seccionamento Shunt de medição Rede de externa Fase A Fase B Fase C Banco de Baterias Legendas Linhas vermelhas: Energia em corrente continua Linhas pretas: Energia em corrente alternada Linhas verdes: Comunicação entre as medições Linhas azuis: Comunicação entre o sistema X-connect

22 Minirrede do LSF Rede externa SM2 GFV-01 CDC 01 INVB - 01 Quadro de distribuição e controle Carga do laboratório Grupo Moto Gerador Chave de transferência Legendas Linhas vermelhas: Energia em corrente continua Linhas pretas: Energia em corrente alternada Linhas azuis: Comunicação entre as medições Banco de Baterias Grupo Moto Gerador Rede de externa

23 Minirrede do LSF

24 Minirrede do LSF

25 Minirrede do LSF

26 MGCC Minirrede do LSF

27 Minirrede do LSF Estratégias Operacionais Sistemas híbridos como rede principal; Rede elétrica fornecendo energia para todos os sistemas, ou apenas um sistema; Gerador diesel fornecendo energia para todos os sistemas, apenas um sistema e/ou para a rede elétrica.

28 Minirrede do LSF Cenários Operacionais Fontes Cargas SHs Grupo Gerador a Diesel (GGD) RP RP + SHs SHs Sistemas Híbridos (SHs) RP RP + SHs Rede Principal (RP) SHs

29 Minirrede do LSF Fonte \ Carga RP SH1 SH2 SH3 SH4 RP X X X X GGD X X X X X SH1 X X X X SH2 X X X X SH3 X X X X SH4 X X X X SH1 + RP X X X SH2 + RP X X X SH3 + RP X X X SH4 + RP X X X SH1 + GGD X X X X SH2 + GGD X X X X SH3 + GGD X X X X SH4 + GGD X X X X SH1 + SH2 X X X SH1 + SH3 X X X SH1 + SH4 X X X SH2 + SH3 X X X SH2 + SH4 X X X SH3 + SH4 X X X

30 Minirrede do LSF Gerador FV Banco de Baterias Inversores Bidirecionais Sistema Híbrido 1 6,71 kwp 23,5 kwh 15 kva Sistema Híbrido 2 2,8 kwp 19,2 kwh 18 kva Sistema Híbrido 3 1,28 kwp 9,6 kwh 5 kva Sistema Híbrido 4 0,4 kwp 4,8 kwh 4 kva

31 Minirrede do LSF

32 Minirrede do LSF 2500 Geração fotovoltaica /4/17 0:00 7/5/17 0:00 14/5/17 0:00 21/5/17 0:00 28/5/17 0:00 4/6/17 0:00 11/6/17 0:00

33 Minirrede do LSF 1200 Geração distribuida /04/ :00 10/05/ :00 20/05/ :00 30/05/ :00 09/06/ :00

34 Minirrede do LSF Fontes externas para todos os SH /4/17 0:00 7/5/17 0:00 14/5/17 0:00 21/5/17 0:00 28/5/17 0:00 4/6/17 0:00 11/6/17 0:00

35 Minirrede do LSF 7000 Fontes externas para ST /4/17 0:00 7/5/17 0:00 14/5/17 0:00 21/5/17 0:00 28/5/17 0:00 4/6/17 0:00 11/6/17 0:00

36 Minirrede do LSF Curva de carga do LSF /04/ :00 07/05/ :00 14/05/ :00 21/05/ :00 28/05/ :00 04/06/ :00 11/06/ :00

37 Minirrede do LSF 2000 Fluxo reverso da GD para baterias /4/17 0:00 7/5/17 0:00 14/5/17 0:00 21/5/17 0:00 28/5/17 0:00 4/6/17 0:00 11/6/17 0:00

38 Associação Brasileira de Energia Solar

39 CONTATOS Homepages: Tel/Fax: (55-91) / jtpinho@ufpa.br

40 PORQUE CADA ÁRVORE SE CONHECE PELO SEU PRÓPRIO FRUTO (Lucas, 6:44) GRATO PELA ATENÇÃO!