EEE934 Impactode GD àsredes Elétricas (

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1 Universidade Federal de Minas Gerais Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Área de Concentração: Engenharia de Potência EEE934 Impactode GD àsredes Elétricas ( Prof. Selênio Rocha Silva Prof. Wadaed Uturbey da Costa Departamento de Engenharia Elétrica - UFMG - Setembro de Tecnologias de Conversão de Energia Eólica e Fotovoltaica 09/11/2012 1

2 Conversores Estáticos em GD *Razões para Uso de Conversores Estáticos: 1. Ações de Proteção i. Proteção do sistema de geração de distúrbios oriundos da rede: * Conversor chaveando resistores para descarregar sobretensões em capacitores ou outros conversores estáticos; Solução de Proteção Crow-bar Proteção de capacitores CC

3 Conversores Estáticos em GD *Razões para Uso de Conversores Estáticos: 1. Ações de Proteção ii. Minimizar distúrbios da operação dos aerogeradores sobre a rede elétrica: * Conversor corrente alternada corrente alternada, reduzindo tensão aplicada no gerador para minimizar corrente transitória na alimentação do gerador.

4 Conversores Estáticos em GD *Razões para Uso de Conversores Estáticos: 2. Ações de controle i. Controle da potência gerada * Conversor CA-CC (retificador) * Conversor CC-CA (inversor) ii. Controle da tensão CC em conversores * Conversor CA-CC (retificador) * Conversor CC-CA (inversor) * Conversor CC-CC (elevador de tensão)

5 Conversores Estáticos em GD *Tipos de Conversores em Turbinas Eólicas: *Chaves de partida suave; *Pontes retificadoras a diodo; *Conversores PWM; *Conversores chaveando cargas passivas de proteção.

6 Conversores Estáticos em GD *Características dos Conversores *Chaves IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 1200V 145A 3300V 1200A

7 Conversores Estáticos em GD Operação do Conversor do Lado da Rede 7 09/11/2012

8 Conversores Estáticos em GD *Elo CC C Balanço do Fluxo de Energia entre Gerador e Rede Elétrica dv C dt CC = i DCMáquina i DCRede

9 Conversores Estáticos em GD * Comando PWM Senoidal

10 Conversores Estáticos em GD * Comando PWM Vetorial

11 Conversores Estáticos em GD * Comando PWM Vetorial Amplitude Time /s

12 Conversores Estáticos em GD * Operação do Conversor do Lado da Rede

13 Conversores Estáticos em GD *Filtros de Saída *Filtro L *Filtro LC *Filtro LCL

14 Conversores Estáticos em GD *Filtros de Saída

15 Conversores Estáticos em GD *Filtros de Saída 1000 Tensão (V) Tensão (V) Tempo (s) Filtro LC

16 Sistemasde ControleparaGD Geração convencional Geração eólica: geração inflexível; P=constante; não compromisso com controle de tensão e frequência

17 Sistemasde ControleparaGD

18 Sistemasde ControleparaGD

19 Sistemasde ControleparaGD Vdc control: Controle da tensão do barramento CC do conversores Garantir capacidade de comutação dos conversores; Garantir capacidade de gerar corrente em amplitude e fase desejada; Grid synchronization: Sincronização com a rede elétrica Permitir a operação em paralelo entre conversor e rede elétrica; Determinar a melhor forma de gerar tensões na saida de conversor para os objetivos de controle de corrente; Desacoplar fluxo de potências ativas e reativas. Current control: Controle de corrente nos conversores Garantia de robustez ao conversor (controle da sobrecarga); Permitir o controle mais simples de potências ativas e reativas; Reduzir a contribuição de corrente quando sujeita a curto-circuitos.

20 Sistemasde ControleparaGD MPPT control: Controle da máxima potência gerada pela turbina Garantir a operação com máxima eficiência; Garantir geração de máxima energia a partir dos ventos; Aproveitar energias de rajadas de vento. Anti Islanding Protections: Proteção anti-ilhamento da turbina Evitar que a turbina alimente sozinha consumidores; Garantir a desenergização da rede logo após a abertura do circuito de alimentação tradicional; Evitar danos a equipamentos e operadores da rede elétrica. Grid/PV Monitoring: Monitoramento continuo das grandezas na usina Auxilio aos procedimentos operacionais e de manutenção; Avaliação do real aproveitamento energético.

21 Sistemasde ControleparaGD Active Filter control: Controle como filtro ativo de potência Fornecer a rede serviços adicionais de compensação de distúrbios; Microgrid Control: Controle como micro-rede Possibilidade de operação independente da rede elétrica. Grid Support (V, f e Q): Suporte às redes elétricas Regulação de tensão; Regulação de frequência; Compensação ativa de reativos.

22 Sistemasde ControleparaSistemas Fotovoltaicos Técnicas de MPPT (Maximum Power Point Tracking): - Perturbe e Observe; - Condutância Incremental; - Controle de tensão CC.

23 Sistemasde ControleparaSistemas Fotovoltaicos Técnica Perturbe e Observe

24 Sistemasde ControleparaSistemas Fotovoltaicos Técnica Condutância Incremental:

25 Sistemasde ControleparaSistemas Fotovoltaicos Defeitos das Técnicas Anteriores: Perda do MPPT por mudanças rápidas de irradiação; Oscilações em torno do MPP.

26 Sistemasde ControleparaTurbinasEólicas Realimentação de Velocidade: - Controle rígido do conjugado do gerador; - Depende da medida da velocidade de vento (qual?); - Dinâmica rápida e estressante.

27 Sistemasde ControleparaTurbinasEólicas Realimentação de Potência: - Depende da rotação e logo apresenta problemas na partida; - Fácil implementação; - Dinâmica lenta.

28 Sistemasde ControleparaTurbinasEólicas Controle do Conversor do Lado do Gerador: MPPT Controle do Conversor do Lado da Rede: Controle de Vdc e Suporte à Rede

29 Sistemasde GeraçãoparaTurbinasEólicas Sistemas de Limitação de Potência

30 Sistemas de Sincronização de Conversores Estáticos para GD Sincronização de conversores em redes elétricas *PLL = Phase Locked Loop: * Algoritmo de sincronização com as redes elétricas * Permite operação de conversores estáticos em sincronismo com as redes elétricas * Rapidez de resposta e capacidade de rejeição de distúrbios

31 Sistemas de Sincornizaçãode Conversores Estáticos para GD *PLL TRIFÁSICA NO REFERENCIAL SÍNCRONO Proposta em um artigo do Kaura em 1997 e serviu como base para o desenvolvimento de uma série de outras PLL s

32 Sistemas de Sincronização de Conversores Estáticos para GD DSRF-PLL (Double Synchronous Reference Frame PLL) Estima o ângulo de tensão da rede (θ) para a orientação do controle com robustez a sinais de seqüência negativa.

33 Ilhamento de GD em Redes Elétricas *Problemas decorrentes da condição de ilhamento: *Queda na qualidade da energia; *Danos aos equipamentos conectados à rede; *Perigo para a equipe de manutenção de rede e para os consumidores. *Padrão IEEE 1547 (2003)

34 Ilhamento de GD em Redes Elétricas

35 Ilhamento de GD em Redes Elétricas

36 Ilhamento de GD em Redes Elétricas

37 Ilhamento de GD em Redes Elétricas * *Desestabilização da tensão *Perturbação: realimentação positiva na corrente *Método de desconexão: Sub e sobre-tensão *Limite inferior: 88% do valor nominal *Limite superior: 110% do valor nominal

38 Ilhamento de GD em Redes Elétricas * *Desestabilização da frequência *Perturbação: realimentação positiva na corrente *Método de desconexão: Sub e Sobre-frequência *Limite inferior: 59,5 Hz *Limite superior: 60,5 Hz

39 Tecnologia de Geração Fotovoltaica Semelhanças com Tecnologias de Geração Eólica: Uso intenso de conversão estática; Uso dos mesmos sistemas de sincronização e de controle; Arquitetura de sistemas de controle de MPPT semelhantes; Interfaces com as redes elétricas.

40 Tecnologia de Geração Fotovoltaica Diferenças com Tecnologias de Geração Eólica: Unidades de potência muito baixas ( W); Não há armazenamento inercial; Maior constância da radiação solar X maior variabilidade da geração unitária (efeito de nuvens).

41 Tecnologia de Geração Fotovoltaica Inversores Centralizados: Diversas conexões de unidades série; Ramos em paralelo com diodos de circulação; Altas tensões CC nos cabos entre os módulos e os inversores; Perdas de potência pela difícil centralização do MPPT; Perdas nos diodos

42 Tecnologia de Geração Fotovoltaica Inversores de Strings (Ramos Serie): Um inversor para cada ramo série; Não necessita de diodos de circulação; Utiliza normalmente 16 PV em serie (padrão europeu): Aprox. 720 V CC em condições a vazio; 450 e 510 V CC em condições operacionais, podendo ser menor se uso de transformadores CA; Cada inversor com seu MPPT; Melhoria da eficiência global pela melhor adequação entre MPPT em menor número de painéis em condições mais próximas.

43 Tecnologia de Geração Fotovoltaica Módulo CA: O inversor e seu módulo é a unidade; Ótimo MPPT é atingido; Alta amplificação de tensão CA é necessária; Sistema CA mais complexo e custo maior; Maior facilidade de instalação pois não demanda intrusão na tecnologia.

44 Tecnologia de Geração Fotovoltaica Variedade de Configurações de inversores e de sistemas são possíveis.

45 Muito obrigado 09/11/2012