Introdução a redes ativas de distribuição



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Transcrição:

Introdução a redes ativas de distribuição Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc. <heldwein@inep.ufsc.br> Refs.: Z. Styczynski et al., NetMod: Reduced Models of Complex Electrical Networks with Dispersed Generation, 2006.

Sistema de energia convencional Rede de distribuição unidirecional 2

Redes de distribuição ativas Rede de distribuição: É a parte de um sistema de energia que distribui energia elétrica para uso local Rede ativa de distribuição: Rede de distribuição que apresenta fluxo bidirecional de energia 3

Sistema de energia com fluxo bidirecional Rede ativa de distribuição (bidirecional) 4

Motivação para RADs Motivadores primários Combustíveis fósseis são finitos Emissão de gases de efeito estufa Poluição Eficiência energética Aumento da demanda Disponibilidade de geração local Qualidade de energia Disponibilidade de energia Resultado Necessidade de integração de recursos distribuídos o Geração o o Armazenamento Controles locais 5

Geração distribuída e armazenamento 10 s Hz - khz 10 s Hz CC CC Fontes: http://www.wapa.gov/es/pubs/esb/2001/01jun/graphics/microturbines_big.jpg http://cache.jalopnik.com/cars/assets/resources/2007/11/ballard-fuel-cell.jpg INEP 6 Fontes: http://www.flickr.com/photos/caveman_9222 3/3186143355/ http://www.advantech.com/solutions/ehome/ images/scenario-chart.jpg 6

Redes de distribuição ativas Características principais Inclusão local de GD (geração distribuída) o Renovável o Não-renovável Armazenamento (distribuído) local Métodos de gerenciamento de redes o Sistemas com inteligência distribuída o o Controles flexíveis Comunicação Gerenciamento de carga o Demand response o Load shedding 7

Esquemas de conexão (radial) Exemplos 8

Esquemas de conexão (anel) Exemplos 9

Esquemas de conexão (sistema interconectado) Exemplos 10

Esquemas de conexão (sistema reticulado simples) Exemplos Protetores de rede 11

Esquemas de conexão (sistema reticulado condensado) Exemplos Protetores de rede 12

Esquemas de conexão (reticulado com primário seletivo) Exemplos Protetores de rede 13

Exemplo: Hachinohe, Japan 14

Exemplo: Hachinohe, Japan 15

Exemplo: Sendai, Japan 16

Exemplo: Sendai, Japan 17

Exemplo: Aichi, Japan 18

Exemplo: Kythnos, Greece 19

Exemplo: Bronsbergen, Netherlands 20

Exemplo: Bronsbergen, Netherlands 21

Exemplo: Boston Bar BC Hydro, Canadá 22

Exemplo: Am Steinweg in Stutensee Germany 23

Exemplo: CESI RICERCA DER test microgrid Italy 24

Exemplo: The CERTS Testbed USA 25

Requisitos para uma rede de distribuição Níveis de tensão adequados Variações de tensão para os consumidores deve ser minimizada Tensão baixa o Multas o o Perdas em iluminação Degradação de motores Tensão alta o Prejuízos à lâmpadas, chuveiros o Falhas de eletrônicos 26

Efeitos da integração de GD em uma rede de distribuição Mudança dos perfis de tensão e corrente Necessidade de controles e esquemas de proteção Maior flexibilidade e confiabilidade 27

Estudo de caso Rede rural em MT Caso simplificado Benchmark estipulado pelo CIGRE SC6 T s são pontos de separação T s abertos => radial T s fechados => anel INEP 28 28

Parâmetros da rede 29

Parâmetros da rede 30

Parâmetros da rede 31

Parâmetros da rede INEP 32 32

Parâmetros da rede INEP 33 33

Perfis de carga 34

Perfis de carga 35

Estudo de caso Objetivos do estudo Impactos em Fluxo de potência Perfis de tensão Perdas Proteção Outros possíveis impactos Qualidade de energia Estabilidade de pequenos sinais Estabilidade de tensão Capacidade de transmissão INEP 36 36

Cenários de simulação Cenário 0 Não há GD INEP 37 37

Cenários de simulação Cenário 1 PV instalado 10% da potência total INEP 38 38

Cenários de simulação Cenário 2 PV instalado 50% da potência total INEP 39 39

Cenários de simulação Cenário 3 PV instalado 50% da potência total Ger. eólico 1,5 MW no nó 7 INEP 40 40

Cenários de simulação Cenário 4 PV instalado 50% da potência total Ger. eólico 3 MW no nó 7 INEP 41 41

Cenários de simulação Cenário 5 PV instalado 50% da potência total Ger. eólico 6 MW no nó 7 INEP 42 42

Cenários de simulação Cenário 6 PV instalado 50% da potência total Ger. eólico 3 MW no nó 6 3 MW no nó 11 INEP 43 43

Cenários de simulação Cenário 7 PV instalado 50% da potência total Ger. eólico 6 MW Ger. diesel (640 kw) INEP 44 44

Cenários de simulação Cenário 8 PV instalado 50% da potência total Células combustível 45% da potência total Ger. diesel (640 kw) INEP 45 45

Cenários de simulação Cenário 9 PV instalado 50% da potência total Ger. eólico 6 MW Ger. diesel (640 kw) INEP 46 46

Perfis de geração 47

Perfis de geração 48

Perfis de geração 49

Perfis de geração Fuel cell Rendimento elétrico 30% Rendimento térmico 50% Célula P = 70% 5 o C < t in < 10 o C P = 100% 10 o C < t in Desliga t in < 5 o C INEP 50 50

Perfis de geração Fuel cell 51

Perfis de geração 52

Alteração de taps 53

Resultados de simulação 54

Resultados de simulação 55

Resultados de simulação 56

Resultados de simulação 57

Resultados de simulação 58

Resultados de simulação 59

Resultados de simulação 60

Resultados de simulação 61

Resultados de simulação Rede em anel 62

Resultados de simulação 63

Radial x reticulada INEP 64 64

Resultados de simulação 65

Resultados de simulação 66

Resultados de simulação 67

Resultados de simulação E P = ( Perdas (P) *tempo ) / ( Potência ativa total * tempo ) 68

Resultados de simulação E Q = ( Perdas (Q) * tempo ) / ( Potência reativa total * tempo ) 69

Influência de GD em esquemas de proteção Exemplo 1 Situação 1 o o Se a falta for em A ou próxima de DG Monitorar a tensão no barramento e abrir PD 70

Influência de GD em esquemas de proteção Exemplo 1 Situação 2 o o Se a falta for em C ou longe de DG UMZ-2 deverá ser mais rápida que UMZ-1 e abrir 71

Influência de GD em esquemas de proteção Exemplo 1 Situação 3 o o Se a falta for em B ou mais ou menos longe de DG UMZ-1 possivelmente abrirá 72

Influência de GD em esquemas de proteção Outros possíveis problemas Islanding o Fontes de GD mantém energizada uma parte da rede Atuação de protetores de rede o Estes são protetores que só permitem fluxo de potência em uma única direção 73

Rede exemplo 1 Rede radial sem GD Fluxo unidirecional Somente disjuntores e fusíveis são utilizados INEP 74 74

Rede exemplo 2 Rede radial com GD Fluxo bidirecional Em caso de falta, todas as unidades de GD são desconectadas Somente disjuntores e fusíveis são utilizados INEP 75 75

Rede exemplo 3 Rede em anel com GD Fluxo bidirecional São gerados anéis para circulação de corrente Possibilidades: Proteção diferencial Proteção contra sobrecorrentes com módulos de direção e comunicação INEP 76 76

Pontos importantes GD influencia a operação de redes de distribuição Níveis de tensão tendem a ser maiores com GD GD pode sobrecarregar os condutores (se houver muita GD e pouca demanda) Pode-se reduzir ou aumentar as perdas na rede de distribuição com a inclusão de GD A arquitetura da rede tem grande influência Um sistema de gerenciamento central ajudaria a operar a rede de uma maneira ótima Os pontos de inserção de GD são importantes Inclusão de GD deve ser feita com conhecimento 77