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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste | Junho 2012 0
14/6/2012 0
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
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica
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Variabilidade da Fonte Primária
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500
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1500
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3500
1/2/12 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
Cor
rent
e (A
)
Fundamental
Variação da potência gerada em função da velocidade do vento traz a necessidade da rede contar com reserva de capacidade
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Fonte: Brochura CIGRFonte: Brochura CIGRÉÉ 450 450 (WG C6.08)(WG C6.08)Grid Integration of Wind Grid Integration of Wind GenerationGenerationFevereiro de 2011Fevereiro de 2011
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
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Ilhamento ou não quando da conexão à redes de distribuição
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Mapa dos Principais Sistemas de Transmissão do Brasil - ONS
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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 DITsProcedimentos de Rede Agentes de geração e cargaAgentes de TransmissãoAgentes de Distribuição
Agentes de Geração podem estar conectados na rede básica em DITs, nas ICGs ou nas distribuidorasDistribuidoras
Procedimentos de Distribuição – Início de 2009Anteriormente havia o relatório do ONS 2.1/052/2005 –“Estudos Complementares para Acesso das Centrais Eólicas do Proinfa”
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Acesso aos Sistemas de TransmissãoRede Básica
Acesso aos Sistemas de DistribuiçãoConsulta de Acesso – Estudos PreliminaresFornecer ao ONS as informações básicas do seu empreendimentoProvidenciar os estudos de integração do seu empreendimento a rede para definir
a melhor opção de conexão. Mínimo Custo Global (modicidade tarifária)Fluxo de potênciaEstabilidade Curto-Circuito
Solicitação de Acesso – Estudos Definitivos e MediçõesNovos estudos mais detalhados – Impactos na rede elétrica existenteHarmônicos e FlickerMedições de qualidade de energia antes da conexão
Requisitos Técnicos Mínimos para Conexões a rede Básica (ONS)Impactos do acessante na redeDescrição de como devem ser executados os estudos
PROCEDIMENTOS de rede (ONS), e de distribuição (PRODIST)
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Requisitos Técnicos MínimosONS
Frequencia Fora da NormalOperação entre 56,5 e 63 Hz sem atuação de proteção instantâneaOperação abaixo de 58,5Hz por até 10 segOperação entre 58,5 e 61Hz sem atuação de proteção temporizadaOperação acima de 61,5Hz por até 10 seg
Geração e Absorção de Reativos no Ponto de ConexãoFator de Potência nominal (fp = 1)em Operação NormalA pedido do ONS se manter na faixa entre (0,95 ind e 0,95 cap)
Tensão Fora da NormalOperação entre 0,90pu e 1,10pu sem atuação da proteção temporizadaOperação entre 0,85pu e 0,90pu sem atuação proteção por até 5 seg
Possibilidade de redução da geração pelo controle das pás
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Curva de Suportabilidade a Afundamentos de Tensão (“Ride Thru”) ou “LVRT”
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Qualidade de EnergiaEstudos
ONS – Instruções para realização de Estudos e Medições de QEE relacionados aos Novos Acessos a Rede BásicaHarmônicos – Injeção de correntes no ponto de acoplamento comumFlicker – Avaliação Simplificada proposta na norma IEC-61400-21
MediçõesAntes e Depois da ligação do Parque EólicoPonto de Acoplamento ComumDuração Mínima 7 diasHarmônicos (tensão)Flicker (tensão)Desequilíbrio
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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 àrede
Tipos de aerogeradores
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Aerogerador Tipo 4 –Conversor e Controle
Conversor Fonte de Tensão (VSC) com controle de corrente
iref
iout
vout
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Os aerogeradores dos tipos 3 e 4 causam variação expressiva da Injeção de Correntes Harmônicas na rede elétrica
Variabilidade na Injeção de correntes Harmônicas
Corrente de Quinta Harmônica Medida no aerogerador
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2
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qua sex dom ter qui sáb seg qua sex
Cor
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Módulos SCXI
Transdutor de tensão
Filtro Passa -baixa
Aquisição de dados (A/D)
condicionamento
Cálculo e Armazenamento
v i
Condici onamento e processamento
vvento.
TC
Medidor de QEE segundo a NBR-IEC 61400-21
• Medidores comerciais não atendem todos os requisitos• Desenvolvimento de um sistema de mediçãoBobina de Rogowski
LabVIEW
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Carga Pesada e Carga LeveContingênciasOs estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e
para o ano final de instalação do parque eólicoConsiderar diferentes valores de potência ativa geradaConexão do parque eólico a RB é responsabilidade do acessanteReforços 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 globalDevem ser estudadas diversas alternativas para conexão a redeDados do SIN no formato dos principais programas do CEPEL
estão disponíveis nos sítios www.ons.org.br ou www.epe.gov.br
Estudos de Fluxo de Potência
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Estudos de Curto Circuito
Verificação do Aumento do Nível de Curto-Circuito na RedeVerificação de Superação de Disjuntores e outros equipamentos
existentesAnálise da proteçãoOs estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e
para o ano final de instalação do parque eólico
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Estudos de Estabilidade EletromecânicaSimulações dos Eventos mais Relevantes levando em
consideração a probabilidade e a intensidadeAplicação 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 eólicoPerda de sincronismoSimulação de relés que podem ser sensibilizadosSimulação de Sistemas de Controle de geradores e compensadores localizados nas proximidades
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Modelo no Anatem de Fonte em Derivação controlada por CDU
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Estudos de Harmônicos
Simulações em programas de modelagem Harmônica Fonte Harmônica, representando todo o parque eólico, conectada no ponto de acoplamento comumRestante da rede elétrica simulada considerando as principais contingênciasComparação da distorção calculada de cada frequência harmônica com os limites individuais de distorção de tensão definidos no Procedimento de RedeCaso 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
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ONS – Estudos de determinação da distorção harmônica de tensão
Fonte de Fonte de
Corrente Eq.Corrente Eq.
Impedâncias,capaImpedâncias,capa--citores e filtroscitores e filtros
Lugar Lugar GeomGeoméétricotrico
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ONS – Estudos – Obtenção do L.G. de Admitâncias para cada (h)
Diferentes cenDiferentes cenááriosrios
Diferentes contingênciasDiferentes contingências
Diferentes cargasDiferentes cargas
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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
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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%
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HV MV
Ihb
ZF Zt ZS
Vhb Iha Vha
Estudos de Simulação Harmônica
Parque Eólico
Parque Eólico com apenas um único aerogerador tipo 4
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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
Conclusões e Desenvolvimentos
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OBRIGADOOBRIGADO
rpdr@cepel.brrpdr@cepel.br
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