TÓPICOS ESPECIAIS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO

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1 COE888 TÓPICOS ESPECIAIS EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO Prof. Glauco Taranto Universidade Federal do Rio de Janeiro COPPE 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 1

2 O Desenvolvimento de um Simulador 2

3 A Rede Inteligente SIN Cargas Convencionais Cargas Controláveis SE Armazenagem Eólica Microturbinas PCH 3

4 Histórico do Desenvolvimento 1º Projeto Ciclo 2001/2002 2º Projeto Ciclo 2005/2006 Simulador para Análise das Dinâmicas de Curto e Longo Prazo em Redes de Subtransmissão e Distribuição com Geração Distribuída > 15 Anos de Desempenho Dinâmico da Geração Desenvolvimento Distribuída Frente a Perturbações no SIN e de Manobras na Rede de Distribuição 3º Projeto Ciclo 2008/2009 Pesquisa e Implementação de Simulação Dinâmica Trifásica nas Redes de Distribuição com Geração Distribuída 4º Projeto (em andamento) Ciclo 2014/2016 Modelagem dinâmica para avaliação do impacto de fontes alternativas no sistema de distribuição de energia 4

5 Histórico de Estudos de Casos PCH Mello CENPES II Análise da Dinâmica de Longo Prazo da Coordenação do Controle de Tensão em Alimentador Rural com a Presença de um Grande Produtor Independente de Energia. Análise Estática e Dinâmica da Reconfiguração Automática da Rede e da Conexão de Fontes Renováveis no Sistema Elétrico da Ilha de Fernando de Noronha 5

6 ... acabou se tornando um produto comercial. Fonte: Revista Saber da Light No

7 Clipping recente... Fonte: Revista Saber da Light No Baixe a versão acadêmica em: 7

8 VISÃO GERAL DE SISTEMAS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 8

9 A Estrutura de um SEP São constituídos essencialmente de: Sistemas CA trifásicos; Máquinas síncronas; Variadas fontes de energia; Transmissão a longas distâncias 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 9

10 A Estrutura de um SEP Geração Pesadelo ou Nirvana? Transmissão Subtransmissão Distribuição Fonte: Nabeel Kouka (google images) Curso COE888 - Glauco Taranto 10

11 A Estrutura de um SEP (cont.) Transmissão Arquivo do SIN Subtransmissão e Distribuição Arquivo do GIS 11

12 Querendo ou não, o paradigma está mudando! Curso COE888 - Glauco Taranto 12

13 Curso COE888 - Glauco Taranto 13

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16 Matriz Elétrica Brasileira Anos de 2014 e 2024 (%) 16

17 100% Renewables 50% 20% 14% 6% 4% 4% 1% 1% 100% Fonte: IEEE Spectrum Outubro/2011 by Mark Delucchi 17

18 Medição Eletrônica A Rede Inteligente Geração Distribuída e Microgeração Automação Interoperabilidade Microrredes Armazenamento de Energia Segurança Cibernética Comunicação e Tecnologia da Informação Fonte: Smart Grid Center Texas A&M University 18

19 A Rede Inteligente SIN Cargas Convencionais Cargas Controláveis SE Armazenagem Eólica Microturbinas PCH 19

20 Agosto e se essa onda pegar também? Curso COE888 - Glauco Taranto 20

21 MODELAGEM TRIFÁSICA 21

22 Simuladores para SEE RMS1ph Simulight RMS3ph EMT EMTP / ATP EMTDC SIMPOW DIgSILENT NETOMAC EUROSTAG PSS/E ASTRE ANATEM ORGANON POWERWORLD PSAT MATLAB / SimPowerSystems 04/04/ / 66

23 Motivação para o Tema Análise de condições desbalanceadas:... há ocasiões onde defeitos desbalanceados devem ser analisados. É possível desenvolver modelos trifásicos para todos os equipamentos do SEE mas o esforço de desenvolvimento e o custo computacional extra restringem este tipo de programa a sistemas muito simples. J. ARRILLAGA et al, 1983, Computer Modelling of Electrical Power Systems, pag calculando as variáveis em somente uma das fases, de forma similar a circuitos monofásicos. A solução de circuitos trifásicos desbalanceados não permite esta simplificação. Uma representação trifásica poderia ser usada ao invés, mas ela complicaria demais o problema. P. KUNDUR, 1994, Power System Control and Stability, pag /04/ / 66

24 Desbalanço entre Fases Em alimentadores de distribuição há ocasiões em que o desbalanço entre fases em alimentadores da MT não é desprezível e inevitável nesses casos a modelagem que considera o sistema trifásico balanceado pode levar a resultados aproximados, e o pior, às vezes, otimistas 04/04/ / 66

25 04/04/ / 66 Sistema de Equações Algébrico-Diferencial Formulação do Problema Algebrização para Regime Permanente 0 f 0 g x, y x, y x f x, y 0 g x,y f = equações diferenciais dos dispositivos g = equações algébricas da rede trifásica x = variáveis de estado diferenciais y = variáveis de estado algébricas Algebrização pela Regra Trapezoidal t 0 x f 2 0 gx,y x,y hist Fluxo de Potência Generalizado Simulação Rápida no Tempo Simulação Dinâmica Completa (Alternado ou Simultâneo) Solução pelo Método de Newton-Raphson Pleno (exceto método alternado) F x,y g x,y J J J 1 3 F/ x F/ yx g/ x g/ y y J J 2 4 F/ x F/ y g/ x g/ y

26 Modelo de Linha de Transmissão k G jb G jb G jb G jb G jb G jb G jb G jb G jb aa aa ab ab ac ac ser ser ser ser ser ser ba ba bb bb bc bc ser ser ser ser ser ser ca ca cb cb cc cc ser ser ser ser ser ser m B B B j B B B 2 B B B aa ab ac sht sht sht ba bb bc sht sht sht ca cb cc sht sht sht B B B j B B B 2 B B B aa ab ac sht sht sht ba bb bc sht sht sht ca cb cc sht sht sht 04/04/ / 66

27 04/04/ / 66 p Transformador de 2 enrolamentos I p s I s V p pp Y ps Y ss Y Y sp V s Ip Ypp Yps Vp I Y Y V s sp ss s T Y sp Yps p s 1 ps, sp Y Y pp ps 1 1 Y Y Y 2 ss sp Y

28 Transformador de 2 enrolamentos 04/04/ / 66 conexão barra p barra s Ypp Y aterrado Y aterrado Y aterrado Y Y Δ Y aterrado Y Δ Y Δ Δ admitância própria admitância mútua YI 13Y II YI 13Y II 13Y II YII Y Y, Y Y ss I 13Y II YII 13Y II YII YII ps sp Y I 13 YIII 13 YIII Y Y Y II II II yt 2yt yt yt yt yt YI y t II yt 2yt y t III yt y Y Y t y t yt yt 2y t yt y t

29 Máquinas Síncronas Regime Permanente 04/04/ / 66 Representação de Barras Monofásico Equivalente Barra V Barra PV Barra PQ Barra Barra Barra ref + - K P s P P P V ref + - V K Q s Q V ref + - V K Q s Q Q

30 Máquinas Síncronas Inclusão na Rede 04/04/ / 66 pos R X pos neg R X neg zer R X zer pos E V pos neg V V zer seqüência positiva seqüência negativa seqüência zero Iˆ Y E pos pos pos ˆneg I 0 ˆzer I 0 Y pos V pos neg Y neg V zer Y V zer seqüência positiva seqüência negativa seqüência zero ˆzer I 0 Iˆ Y E ˆneg I 0 pos pos pos 012 ABC s Y m2 Y m1 m2 Y Y s Y m1 m2 Y Y m1 Y s Y V V V a b c

31 04/04/ / 66 Z 012 R zer jx Máquinas Síncronas Impedâncias de Sequência zer R pos jx pos R neg jx neg Valores típicos: R pos 0.2 a 1.5% Y G pos Z G zer jb zer jb pos G neg jb neg R neg 1.1 zer R R X pos pos X " d a 60% X d Y Y Y s m1 m2 abc S 012 S 1 m2 s m1 Y Y Y m1 m2 s Y T Y T Y Y Y X neg X " d X 2 " q X zer X

32 Gerador V Trifásico V esp + V reg - f V, V, V V K Q s a b c 0 0 ˆzer I re ˆzer I im ˆ pos I re ˆ pos I im SEQ2FAS Iˆa re Iˆa im Iˆb re Iˆb im Barra esp + - K P s 0 0 ˆneg I re ˆneg I im Iˆc re Iˆc im V esp + V reg - K Q s pos I G pos G POL2RET ˆ pos I re ˆ pos I im reg a b c f V, V, V Y s Y m1 Y m2 esp + - reg K P s Y Y m2 m1 Y Y s m2 Y Y m1 s 04/04/ / 66

33 Gerador PV Trifásico V esp + V reg - f V, V, V V K Q s a b c 0 0 ˆzer I re ˆzer I im ˆ pos I re ˆ pos I im SEQ2FAS Iˆa re Iˆa im Iˆb re Iˆb im Barra P esp + - K P s 0 0 ˆneg I re ˆneg I im Iˆc re Iˆc im P inj Y s Y m1 Y m2 P V Iˆ V Iˆ G V G V G V pos pos pos pos pos pos 2 neg neg 2 zer zer 2 reg 3 re re im im Y Y m2 m1 Y Y s m2 Y Y m1 s 04/04/ / 66

34 Gerador PQ Trifásico Barra Q inj Q esp + - K Q s 0 0 ˆzer I re ˆzer I im ˆ pos I re ˆ pos I im SEQ2FAS Iˆa re Iˆa im Iˆb re Iˆb im P esp + - K P s 0 0 ˆneg I re ˆneg I im Iˆc re Iˆc im P inj Y s Y m1 Y m2 Q V Iˆ V Iˆ B V B V B V pos pos pos pos pos pos 2 neg neg 2 zer zer 2 reg 3 re im im re Y Y m2 m1 Y Y s m2 Y Y m1 s 04/04/ / 66

35 Simulação Dinâmica Trifásica 35

36 Defeitos Shunt 04/04/ / 66 a b c a Z b Z c Z g Z a b c g a b a c Y Y Y Y Y Y Y Y a b b a c g b c Ysht X Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y a c b c c a b g Y a, Y b, Y c, Y g, X Z Z Z Z Y Y Y Y a b c g a b c g

37 V reg Modelo Dinâmico para o Gerador,, Trifásico f V V V V a b c Barra FAS2SEQ pos V re pos V im RI2DQ V d V q E fd MODELO DE PARK I d I q DQ2RI ˆzer I re ˆzer I im Iˆ pos re ˆ pos I im ˆneg I re ˆneg I im SEQ2FAS Iˆa re Iˆa im Iˆb re Iˆb im Iˆc re Iˆc im V ref ref REGULADOR DE TENSÃO REGULADOR DE VELOCIDADE V F A T EXCITATRIZ TURBINA T T neg R a - T e - T a + T m 1 2Hs D s s Y m2 Y m1 m2 Y Y s Y m1 m2 Y Y m1 Y s Y 04/04/ / 66

38 Motor de Indução Barra a V re a V im zer V re zer V im R zer 1 j X zer ˆzer I re ˆzer I im Iˆa re Iˆa im b V re b V im FAS2SEQ pos V re pos V im V R s pos I pos X ' E ' ˆ pos I re ˆ pos I im SEQ2FAS Iˆb re Iˆb im c V re c V im neg V re neg V im R s neg V neg I X s X m X r R r 2 slip ˆneg I re ˆneg I im Iˆc re Iˆc im slip 1 2Hs T a T neg + T + m - T T m 0 X pos A B1 slip C 1 slip 2 04/04/ / 66

39 Sistema Máquina x Barra Infinita (recordação) 39

40 Estabilidade Transitória Pe com LT #2 fora de serviço Pe com ambas LT's em serviço P Pm a f d e Pe durante a falta c b c (graus) m 40

41 Sistema Máquina x Barra Infinita (CC na subestação UG2) 41

42 Estabilidade Transitória Pe com LT #2 fora de serviço Pe com ambas LT's em serviço P Pm a f d e Pe durante a falta c b c (graus) m 42

43 Ações de controle que tendem a manter o sincronismo Aumento rápido e elevado da excitação da máquina (regulador de tensão) Rápida eliminação da falta Abertura monopolar Ação rápida do regulador de velocidade (fast valving máquinas térmicas) Uso dos braking resistors, lâminas defletoras, etc.) Corte de carga e/ou corte de geração Rápida compensação série e/ou shunt 43

44 Abertura Monopolar Arquivo: S2_3ph_abertura_monopolar.fdx Evento: abertura_fase_c.fex S3Ø = 210 MW / 90 Mvar CC monofásico de 100 msno ponto 55 da SE-05 (Fase C) Eliminado pela abertura monopolar da Fase C Fechamento monopolar após 1 s 44

45 A Interface MonoTri Entra 1 fio e saem 3? 45

46 Caso Ilustrativo Modelagem Monofásica Elemento de Interface Modelagem Trifásica Barra Infinita Linha de transmissão Alimentador Carga trifásica ou arquivo: MonoTri_4barras.fdx 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 46

47 Simulação MonoTri Representação Trifásica interface de rede Representação Monofásica

48 Interface em Componentes Simétricas Bus k pos y ser Bus m SINGLE-PHASE EQUIVALENT SUBSYSTEM + V neg y nrt pos k y pos sht k pos y sht positive sequence neg y sht neg y ser k negative sequence zer y ser m neg y sht m pos V m neg V m THREE-PHASE SUBSYSTEM zer y nrt y zer sht k zer y sht m zer V m zero sequence 48

49 Múltiplos Elementos de Interface k Element 1 m pos neg zer zer neg SINGLE-PHASE SUBSISTEM p pos Element 2 q THREE-PHASE SUBSYSTEM 49

50 Interface Componentes de Fase Injeção de corrente e coordenadas retangulares Bus k Bus m a pos Vk Vk SINGLE-PHASE EQUIVALENT SUBSYSTEM Y abc sht k y Y abc ser neg +, nrt y Y zer nrt abc sht m V V V a m b m c m THREE-PHASE SUBSYSTEM k m abc abc abc abc abc abc Ik Ysht Y k ser Vk Yser V m abc abc abc abc abc abc abc abc abc k shtk ser Im Yser Vk Ysht Y m ser V Y Y 33 Yser 33 m abc abc abc m Y ser Ysht Y m ser

51 Relação da tensão e corrente em componentes de fase e de sequência no terminal k 51

52 A Matriz Y_barra 52

53 Sistema 9 Barras x 3 Máquinas LT3 LT4 SW1 7' G2 TF2 TF3 G LT6 C8 LT5 SW2 5' 5 6 C5 LT2 LT1 C6 90+j30 MVA 4 TF1 1 G1 53

54 Sistema 14 Barras x 4 Máquinas LT3 LT4 SW1 7' G2 TF2 TF3 G LT6 C3 LT5 Modelos monofásicos C1 SW2 5' 5 6 LT2 LT1 4 TF1 1 C2 60+j20 MVA TF4 C10 9+j3 MVA C11 9+j3 MVA C12 9+j3 MVA C13 9+j3 MVA C14 9+j3 MVA Interface mono-tri Modelos trifásicos G1 G4 15+j5.9 MVA 54

55 WSCC (Caso 1) 230kV 6 TF kV RML RML RML REG RML RML TF-G RML RML RML G kV C-11 1+j0.75MVA C-12 1+j0.75MVA C-13 1+j0.75MVA C j9MVA C-16 1+j0.75MVA C-17 1+j0.75MVA C-18 1+j0.75MVA 55

56 WSCC (Caso 2 ou 3) 230kV 6 TF kV RML RML RML REG RML RML TF-G RML RML RML G kV C-11 1+j0.75MVA C-12 1+j0.75MVA C-13 1+j0.75MVA C j9MVA C-16 1+j0.75MVA C-17 1+j0.75MVA C-18 1+j0.75MVA 56

57 57

58 Sistema Rural (Zoom 1) 58

59 Sistema Rural (Zoom 2) 59

60 A Possível Inversão dos Papéis Curso COE888 - Glauco Taranto 60

61 Controle Carga-Frequência Filosofia baseada nas leis do movimento 2ª. Lei o somatório das forças num objeto é proporcional à sua massa multiplicada por sua aceleração A frequência do sistema é determinada pela velocidade dos geradores síncronos A velocidade dos geradores síncronos é determinada pelo balanço do torque mecânico de entrada com o torque elétrico de saída (reação da armadura) Curso COE888 - Glauco Taranto 61

62 Curva Típica da Carga Curso COE888 - Glauco Taranto 62

63 Curva típica da carga em um dia de jogo do Brasil em Copas do Mundo Fonte: ONS Curso COE888 - Glauco Taranto 63

64 Eclipse Solar (20/03/2015) Houve uma perda rápida de 17 GW Uma reintegração ainda mais rápida de 25 GW Fonte: entso-e Curso COE888 - Glauco Taranto 64

65 Frequência Curso COE888 - Glauco Taranto 65

66 Regulador de Velocidade Controle Automático da Geração Xisto Vieria Filho Curso COE888 - Glauco Taranto 66

67 A inversão dos papéis Por 120 anos a geração segue a carga. Será que no futuro a carga passe a seguir a geração? Para que isso aconteça os consumidores terão que ter acesso aos custos de energia em tempo real. Vultosos investimentos em TI são necessários. Quem paga a conta? Curso COE888 - Glauco Taranto 67

68 Sistemas com pouca ou nenhuma inércia Sistemas eólicos, fotovoltaicos, ou seja, fontes geradoras conectados via conversores eletrônicos. Nos sistemas não inerciais a frequência é imposta pelas pontes inversoras. Problemas com a repartição de potência entre fontes geradoras Problemas com o balanço geração-carga Curso COE888 - Glauco Taranto 68

69 Sistema Máquina x Barra Infinita 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 69

70 Sistema Máquina x Barra Infinita (Perda de uma LT) 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 70

71 Sistema Máquina x Barra Infinita (Curto-circuito) 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 71

72 Ilhamento e Aumento de Carga (arquivo: smec.fdx) 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 72

73 Potências Elétrica x Mecânica 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 73

74 Potências Elétrica x Mecânica 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 74

75 Frequência (zoom) Frequência (Hz) Frequência (Hz) Tempo 40(segundos) Tempo (segundos) 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 75

76 Parâmetros da Máquina Síncrona Modelo: Arrillaga & Watson Parâmetros típicos: Anderson & Fouad Nome no Simulight: (MaqSincr#Mdl:IV) Parâmetro Valor H 3,302 D 0 Sbase 192 unids 1 R 0 Xd 165,1% Xq 159% Xld 23,2% Xlld 17,1% Xllq 17,1% Tldo 5,9 Tlldo 0,033 Tllqo 0,078 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 76

77 GERAÇÃO DISTRIBUÍDA Normas e Padrões de Acesso 04/04/2016 Curso COE888 - Glauco Taranto 77

78 IEEE Standards 78

79 Prodist Curso COE888 - Glauco Taranto 79

80 Normas de Conexão de Acessantes 125 páginas 137 páginas Curso COE888 - Glauco Taranto 80

81 Análise Expedita da Factibilidade de Conexão da GD Curso COE888 - Glauco Taranto 81

82 The de minimus concept O quão seguro é o nível de penetração? Definindo (por exemplo, por alimentador): Cdg = capacidade de geração distribuída Lmin = carga mínima anual Se [Cdg / Lmin < K] o efeito é insignificante, a GD pode ser conectada ao alimentador sem estudos detalhados da concessionária, nem há necessidade de instalação de novos equipamentos de proteção. Se [Cdg / Lmin > K] uma análise cuidadosa deve ser feita. K é definido como um pequeno percentual de Lmin (por exemplo 20%) Curso COE888 - Glauco Taranto 82

83 Análise Expedita x Análise Detalhada A análise expedita (AE) sempre deve ser feita A análise detalhada (AD) nem sempre é viável ou necessária A AD deve ser feita quando [Cdg / Lmin > K] A AE requer: Parâmetros básicos da rede elétrica (impedâncias, cargas, etc) Parâmetros da GD (tipo, potência nominal, fator de potência, etc) A AD também deve ser feita se a AE mostrar potencial de interação com o sistema de distribuição A AD requer: Além dos parâmetros necessários para a AE, parâmetros do gerador, dos reguladores de tensão e de velocidade (se possível seus respectivos diagramas de blocos), modelo dos OLTCs, ligação dos transformadores, esquemas de proteção, etc. OBS: Baseado em uma análise proposta pelo EPRI. 83

84 Conceitos Úteis Grau de penetração (penetration ratio) Grau de robustez (stiffness ratio) Cálculo do grau de penetração (GP) = Soma da capacidade das GDs no alimentador ( kva ou MVA) Demanda máxima do alimentador (kva ou MVA) OBS: Uma baixa penetração pode ser considerada quando GP for menor ou igual a 30%. Curso COE888 - Glauco Taranto 84

85 Grau de Robustez Cálculo do grau de robustez (GR) = Potência de curto-circuito no ponto de conexão + Potência de curto-circuito da GD Potência de curto-circuito da GD OBS: O GR é calculado no ponto de conexão. Curso COE888 - Glauco Taranto 85

86 Grau de Robustez Com base na literatura, a experiência tem mostrado que se o GR > 200, é muito pouco provável que a presença da GD cause algum problema relacionado a flutuações de tensão, perfil de tensão, proteção, estabilidade ou controle. Entretanto, se o GR for baixo (< 50), a probabilidade de problemas aumenta significativamente, e requisitos mais restritivos de conexão devem ser impostos ao acessante. Curso COE888 - Glauco Taranto 86

87 AMPACIDADE E REGULAÇÃO DE TENSÃO Curso COE888 - Glauco Taranto 87

88 A relação X/R Por exemplo, uma linha típica de 345 kv tem a relação X/R próxima a 10 e uma de 500 kv tem a relação X/R próxima a 18. Entretanto, por exemplo, no Cabo 1/0 CA essa relação reduz para 0,7. As leis de Kirchoff, Newton, e outros mais, continuam as mesmas, porém os resultados esperados, devido ao vício com os parâmetros típicos dos sistemas de geração/transmissão, são muitas vezes surpreendentes. Regulação de tensão: Na distribuição, passa a ser relevante também: Curso COE888 - Glauco Taranto 88

89 Geração máxima permissível em função de sua localização Regulação de tensão: Curso COE888 - Glauco Taranto 89

90 Considerações sobre os aspectos de sobretensão da Geração Distribuída Uma das maiores preocupações da utilização de GD é seu potencial de criar sobretensões na rede de distribuição, e com isso danificar equipamentos da rede e dos consumidores. Alguns dos aspectos de precauções são: Sobretensões nas fases sãs, no caso de curto-circuito monofásico. Pode ou não ser evitada pela ligação do transformador de acoplamento. Sobretensões proporcionadas pela elevada injeção de potência das GD. Sobretensões causadas pela descoordenação entre bancos de capacitores, reguladores de tensão do alimentador (LTC) e do gerador (AVR) Sobretensões causadas por circuitos ressonantes durante a operação ilhada (autoexcitação). Curso COE888 - Glauco Taranto 90

91 Sobretensões devido a presença de GD Sobretensões nas fases sãs, no caso de curto-circuito monofásico. Fonte: P. Barker Curso COE888 - Glauco Taranto 91

92 Sobretensões proporcionadas pela elevada injeção de potência das GD R + j X Queda aproximada de tensão: Curso COE888 - Glauco Taranto 92

93 Cálculo Aproximado da Queda de Tensão em Alimentadores Não é incomum utilizar a seguinte expressão aproximada para calcular a queda tensão em uma rede de distribuição: V V 1 V 2 R P L X V 2 Q L Na figura abaixo a Barra 1 representa a subestação primária, cuja tensão é mantida constante e geralmente igual a 1 pu. Curso COE888 - Glauco Taranto 93

94 Sobretensões proporcionadas pela elevada injeção de potência das GD V1 V2 R + j X PG+jQG GD PL+jQL Elevação aproximada de tensão: V V 1 V 2 R P P X Q Q L G V 2 L G Curso COE888 - Glauco Taranto 94

95 Sobretensões proporcionadas pela descoordenação entre controladores de tensão Curso COE888 - Glauco Taranto 95

96 Sobretensões causadas por circuitos ressonantes durante a operação ilhada (autoexcitação) Uma análise completa desse fenômeno não pode ser feita com modelos na frequência fundamental. Curso COE888 - Glauco Taranto 96

97 Uma análise quantitativa Em função: Dos cabos Localização da GD Da potência ativa gerada Da potência reativa gerada/absorvida Da tensão nominal (13,8 kv ou 11,9 kv) Ref.: R. C. de Carvalho, Uma Metodologia para Análise Expedita da Máxima Injeção de Potência Ativa por Gerador Distribuído, Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Junho Curso COE888 - Glauco Taranto 97

98 Potência Máxima e Perdas Análise da potência máxima despachável e perdas no alimentador de acordo com a quantidade de potência reativa associada Premissas: Potência calculada para o limite de variação de tensão de ±5% Perdas elétricas calculadas para a potência máxima injetada Cabo 477 CA Limite térmico de 646A Resistência de 0,1342Ω/km e Reatância de 0,3743Ω/km Cabo 336,4 CA Limite térmico de 514A Resistência de 0,1908Ω/km e Reatância de 0,3875Ω/km Cabo 4/0 CA Limite térmico de 380A Resistência de 0,3021Ω/km e Reatância de 0,4091Ω/km Cabo 1/0 CA Limite térmico de 242A Resistência de 0,6047Ω/km e Reatância de 0,4338Ω/km R > X Curso COE888 - Glauco Taranto 98

99 Geração máxima permissível em função de sua localização Regulação de tensão: Curso COE888 - Glauco Taranto 99

100 Cabo 477 CA - 13,8kV Resistência de 0,1342 Ω/km Reatância de 0,3743 Ω/km 25 Cabo 477 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 100

101 Cabo 477 CA - 11,9kV Resistência de 0,1342 Ω/km Reatância de 0,3743 Ω/km 25 Cabo 477 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 101

102 Cabo 336,4 CA - 13,8kV 35 Resistência de 0,1908 Ω/km Reatância de 0,3875 Ω/km Cabo 336,4 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 102

103 Cabo 336,4 CA - 11,9kV Resistência de 0,1908 Ω/km Reatância de 0,3875 Ω/km 35 Cabo 336,4 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 103

104 Cabo 4/0 CA - 13,8kV Resistência de 0,3021 Ω/km Reatância de 0,4091 Ω/km 45 Cabo 4/0 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 104

105 Cabo 4/0 CA - 11,9kV Resistência de 0,3021 Ω/km Reatância de 0,4091 Ω/km 45 Cabo 4/0 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 105

106 Cabo 1/0 CA - 13,8kV Resistência de 0,6047 Ω/km Reatância de 0,4338 Ω/km Cabo 1/0 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas 12 Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 106

107 Cabo 1/0 CA - 11,9kV 12 Cabo 1/0 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas Potência ativa (MW) e Perdas (%) Q = 50%P Q = 40%P Q = 30%P Q = 20%P Q = 10%P Q = 0%P comprimento (km) Curso COE888 - Glauco Taranto 107

108 Potência Máxima Gerada (MW) fp = 1, Vnom = 13,8 kv Cabo 477 CA Resistência de 0,1342 Ω/km Reatância de 0,3743 Ω/km Cabo 1/0 CA Resistência de 0,6047 Ω/km Reatância de 0,4338 Ω/km Curso COE888 - Glauco Taranto 108

109 SISTEMAS PADRÃO Curso COE888 - Glauco Taranto 109

110 Características Sistema Urbano (13,8 kv 25 MVA) Co-geração térmica (5 MVA) Maior carregamento Bancos de capacitores 4 alimentadores (curto, médio, longo e muito longo) Sistema Rural (13,8 kv 15 MVA) PCH (2,5 MVA) Alimentadores longos com reguladores de tensão Bancos de capacitores 3 alimentadores (médio, longo e muito longo) Curso COE888 - Glauco Taranto

111 Sistema Teste Rural Curso COE888 - Glauco Taranto 111

112 P S Sistema Teste Urbano 01 P S EQ-SISTEMA MVA MW BUS-SE-AT V TRAFO-SE kva / kva RELE-TF 02 DJ-AL1 DJ-AL2 DJ-TF DJ-AL3 DJ-AL4 DJ-BCP BUS-SE-MT V RELE-AL1 RELE-AL2 RELE-AL3 RELE-AL4 RELE-BCP AL-1.1 AL-1.2 AL-1.3 AL-1.4 AL-1.5 AL-1.6 LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag BCP -AL kvar P S AL-2.1 AL-2.2 AL-2.3 AL-2.4 AL-2.5 AL-2.6 AL-AP LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag RELE-AP BUS-AP MT V TF-APEQ kva / kva BCP -AL kvar BCP -AL kvar TF-LINK kva / kva LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag GEN-AP MVA MW BUS-AP MT V P S AL AL-3.2 AL-3.3 AL-3.4 AL-3.5 AL-3.6 TF-APEQ kva / kva BCP -AL kvar BCP -AL kvar P S AL-4.1 AL-4.2 AL-4.3 LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag RT-AL kva / kva AL-4.4 AL-4.5 AL-4.6 LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag LOAD-AL kw PF 0.90 Lag AL-BCP 3#4/0 CA 5.0 m BCP -SE kvar BUS-BCP-SE V BCP -SE kvar 37 MEQ-APBT kw PF 0.80 Lag BUS-AP BT V LEQ-APBT kw PF 0.95 Lag MEQ-APBT kw PF 0.80 Lag BUS-AP BT V LEQ-APBT kw PF 0.95 Lag

113 Considerações sobre os aspectos de sobretensão da Geração Distribuída Uma das maiores preocupações da utilização de GD é seu potencial de criar sobretensões na rede de distribuição, e com isso danificar equipamentos da rede e dos consumidores. Considerações sobre os aspectos de sobrefrequência da Geração Distribuída Uma das maiores preocupações da utilização de GD é seu potencial de criar sobrefrequência na rede de distribuição, quando da operação ilhada, e com isso danificar equipamentos da rede e dos consumidores. Curso COE888 - Glauco Taranto 113