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ESTUDOS PARA A IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO VEHICLE TO GRID NA REDE
ELÉTRICA DO CT/UFRJ
Lúcio Mascarenhas Fernandes
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing.
Rio de Janeiro
Fevereiro de 2017
ii
ESTUDOS PARA A IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO VEHICLE TO GRID NA REDE
ELÉTRICA DO CT/UFRJ
Lúcio Mascarenhas Fernandes
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS
PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA
Examinada por:
_____________________________________________
Prof. Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing.
(Orientador)
_____________________________________________
Prof. Robson Francisco da Silva Dias, D.Sc.
.
_____________________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, PhD.
RIO DE JANEIRO, RJ -BRASIL
FEVEREIRO DE 2017
iii
Mascarenhas Fernandes, Lúcio
Estudos para a implantação do conceito vehicleto grid na
Rede Elétrica do CT/UFRJ/Lúcio Mascarenhas Fernandes. –
Rio de Janeiro:UFRJ/EscolaPolitécnica,2017.
XIII,86p.:il.;29,7cm.
Orientador:WalterIssamu Suemitsu, Dr. Ing.
ProjetodeGraduação-
UFRJ/EscolaPolitécnica/CursodeEngenhariaElétrica,2017.
ReferênciasBibliográficas:p.61-66.
1. Introdução. 2. Rede Elétrica Inteligente. 3.
Impactos dos veículos elétricos na rede. 4.
Simulação do Impacto de uma frota de veículos
elétricos na rede de distribuição do CT I. Walter
Issamu Suemitsu. II. Universidade Federal do Rio
de Janeiro, UFRJ, Engenharia Elétrica. III.
Estudos para Implantação do conceito Vehicle to
grid na Rede Elétrica do CT/UFRJ.
iv
AGRADECIMENTOS
Nada nessa existência se constrói sozinho, toda conquista é fruto do apoio de
pessoas que se confraternizam para a felicidade da outra, portanto a conclusão deste
projeto teve a ajuda de várias pessoas, que vou ter a honra de citá-las a seguir.
Agradeço à minha família, minha mãe Edicléa Mascarenhas Fernandes, que
sempre foi um exemplo pra mim de liderança, altruísmo e trabalho e me mostrou a
importância do amor pelo próximo, muito obrigado mãe, ao meu pai José dos Santos
Fernandes, que nunca conteve esforços pra me ajudar e estar do meu lado, aos meus avós
Cléa e Edson que sempre estiveram presentes na minha vida e me ensinaram os mais
nobres valores, ao meu irmão Leandro que com afeto e companheirismo sempre buscou o
meu melhor, ao meu sobrinho Breno Fernandes que desde que veio ao mundo foi um
grande amigo, à minha cunhada Carol Carvalho que sempre cuidou do meu irmão e do
meu sobrinho, à amiga mais especial da minha família Maria de Lurdes que sempre
esteve disposta em nos ajudar.
À minha namorada Karen Suelen que foi minha companheira durante toda essa
caminhada e nos momentos difíceis sempre foi o meu refúgio e com amor sempre me
amparou.
Ao professor Walter que sempre se manteve disponível para auxiliar na conclusão
deste trabalho, ao professor Heloi José que serviu como inspiração durante essa trajetória
acadêmica, ao engenheiro Douglas do escritório de planejamento do CT que
disponibilizou os dados necessários para realização deste trabalho à secretária do DEE
Kátia que com muito carinho e bom humor sempre auxiliou os estudantes desse
departamento.
Ao Ramo Estudantil IEEE da UFRJ que foi uma família durante todo esse tempo.
v
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos
requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
ESTUDOS PARA IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO VEHICLE TO GRID NA REDE
ELÉTRICA DO CT/UFRJ
Lúcio Mascarenhas Fernandes
Fevereiro/2017
Orientador: Walter Issamu Suemitsu
Curso: Engenharia Elétrica
Diante de ações e empreendimentos que visam diminuir os impactos no meio ambiente,
os veículos elétricos (VEs) surgem como uma opção para o desenvolvimento
sustentável.Porém, as redes elétricas convencionais não foram projetadas para um
carregamento de uma frota de VEs. O presente trabalho busca mostrar os principais temas
que relacionam a interação dos VEs com a rede elétrica, sendo que uma dessas interações
é a utilização da energia armazenada pelo veículo para oferecer suporte à rede. Esse
conceito é definido como “vehicle-to-grid” (V2G) eé estudado no projeto, através de
uma simulação realizada no software Open Distribution System Simulator (OPENDSS).
O modelo padrão de rede IEEE 13 barras foi utilizado para simular a rede elétrica do
Centro de Tecnologia (CT) da UFRJ, com os dados da demanda de potência diária. Com
os resultados obtidos na simulação, buscou-se analisar a viabilidade para implantação do
conceito V2G no CT da UFRJ.
Palavras-chave: Veículos elétricos, V2G, redes elétricas inteligentes.
vi
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of the
requirements for the degree of Engineer.
STUDIES FOR IMPLEMENTATION OF THE VEHICLE TO GRID’S
CONCEPT IN THE ELECTRICAL GRID OF CT/UFRJ
Lúcio Mascarenhas Fernandes
Fevereiro2017
Advisor: Walter Issamu Suemitsu
Course: Electrical Engineering
Due to the actions and initiatives that aim to reduce the impacts in environment, the
electrical vehicles (EV)comes up like an option for sustainable development, although the
conventional grids wasn’t designed to support the charge of EVs,. The present project
intends to show the main topics about the interaction between EVs with the grid. One
such interaction is the use of the energy stored by the vehicle to support the grid. This
concept is defined as “vehicle-to-grid” (V2G),and it is studied in this project by a
simulation on the OPENDSS software. The standard IEEE 13 bus was used to simulate
the electrical grid of the Center of Technology of UFRJ, with the data of the dailypower
demand. The results obtained by the simulation were used to analyze the feasibility for
implementation of the V2G concept in the CT of UFRJ.
Keywords: Electrical vehicles, V2G, smart grids
vii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 –Emissão de CO2 por tonelada .......................................................................... 1
Figura 2 – Emissão de CO2 por setores ........................................................................... 2
Figura 3 – O aumento no número de veículos elétricos a bateria e híbridos “plug-in” ... 3
Figura 4 – Número de veículos elétricos a bateria e híbridos “plug-in” .......................... 3
Figura 5 – Pontos de recarga de veículos elétricos ........................................................... 4
Figura 6 - Arquitetura de uma rede elétrica convencional .............................................. 7
Figura 7 – Hierarquia dos participantes do fornecimento de energia elétrica .................. 7
Figura 8 – Arquitetura da rede elétrica inteligente ........................................................... 9
Figura 9 – Representação dos atores envolvidos no desenvolvimento da REI no
Brasil................................................................................................................................10
Figura 10 – Sistema híbrido misto .................................................................................. 13
Figura 11 – Sistema híbrido série ................................................................................... 14
Figura 12 – Sistema híbrido paralelo .............................................................................. 14
Figura 13 –Veículo elétrico a célula combustível .......................................................... 16
Figura 14 – Arquitetura do modelo de VEB .................................................................. 17
Figura 15 – Conector do tipo 1 recargas lentas .............................................................. 20
Figura 16 – Circuito de carregamento rápido em CC ..................................................... 21
Figura 17 – Posto de recarga rápida na USP .................................................................. 22
Figura 18 – Esquema mostrando os conceitos de G2V, V2G e V2H ............................. 27
Figura 19 – Modo de operação V4G;(a) produzindo potência reativa, (b) compensando
harmônicos na corrente ................................................................................................... 28
Figura 20 – Separação entre produtor e serviço ............................................................. 30
Figura 21 – Administração dos serviços anciliares ........................................................ 31
Figura 22 – Conversor bidirecional que permite o modo de operação V2G .................. 36
Figura 23 – Curvas de demanda média entre os meses de mar/2014 a out/2014 ........... 39
Figura 24 – Curvas de demanda média entre os meses de nov/2014 a mar/2015 .......... 40
Figura 25 – Curva de consumo médio projetado para o mês de mar/2017 .................... 41
Figura 26 – Modelo elétrico VEB Nissan Leaf .............................................................. 42
Figura 27 – Modelo elétrico VHEP Mitsubishi Outlander PHEV ................................. 42
Figura 28 – Curva de demanda de potência no OPENDSS sem a frota de VEs ............ 46
Figura 29 – Tensão de fase no barramento da carga sem a frota de VEs ....................... 47
Figura 30 – Curva de demanda de potência para o caso 1 ............................................. 48
Figura 31 – Tensão de fase no barramento da cargapara o caso 1 ................................. 49
viii
Figura 32 – Curva de demanda de potência para o caso 2 ............................................. 50
Figura 33 – Tensão de faseno barramento da carga para o caso 2 ................................. 51
Figura 34 – Curva de demanda de potência para o caso 3 ............................................. 52
Figura 35 – Tensão de faseno barramento da carga no caso 3 ....................................... 53
Figura 36 – As curvas de demanda de potência apresentadas em um mesmo gráfico ... 54
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 – Comparação entre o modelo convencional de energia elétrica e a REI ......... 8
Tabela 2 – Principais características e diferenças entre os tipos de veículos elétricos .. 18
Tabela 3 – Diferentes tipos de recarga de VEs na Europa ............................................. 19
Tabela 4 – Diferentes tipos de recarga classificados na norma SAE J1772-20 ............. 20
Tabela 5 – Características das baterias recarregáveis disponíveis no mercado .............. 25
Tabela 6 – Especificações da bateria e do carregamento do Nissan Leaf ...................... 42
Tabela 7 – Especificações da bateria e do carregamento do Mitsubishi Outlander
PHEV............ .................................................................................................................. 43
Tabela 8 – Estratégia para os modos de operação G2V e V2G para o caso 1 ................ 47
Tabela 9 – Estratégia para os modos de operação G2V e V2G para o caso 2 ................ 50
Tabela 10 – Estratégia para os modos de operação G2V e V2G para o caso 3 .............. 52
x
SUMÁRIO
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO ....................................................................................... 1
1.1 Objetivo ...................................................................................................................... 5
1.2 Estrutura dos capítulos ............................................................................................... 5
CAPÍTULO 2: REDE ELÉTRICA INTELIGENTE ....................................................... 6
2.1 Conceito e características da Rede elétrica inteligente ............................................... 7
2.2Motivadores para a implantação da REI no Brasil.....................................................10
2.3 Conceito de veículo elétrico ..................................................................................... 11
2.4 VHE .......................................................................................................................... 12
2.5 VHEP ........................................................................................................................ 13
2.6 VECC ....................................................................................................................... 15
2.7 VEB .......................................................................................................................... 16
2.8 Modos e postos de recarga de veículos elétricos ...................................................... 18
2.8.1 Postos de recarga de veículos elétricos no Brasil .................................................. 21
2.9 Baterias ..................................................................................................................... 22
2.9.1 Baterias Íon Lítio ................................................................................................... 24
CAPÍTULO 3: IMPACTOS DOS VEÍCULOS ELÉTRICOS NA REDE .................... 26
3.1 O conceito ................................................................................................................. 26
3.2 Serviços Anciliares ................................................................................................... 29
3.3 Veículos elétricos e os serviços anciliares ................................................................ 33
3.4 Dispositivos para a implantação do V2G ................................................................. 33
3.4.1 Medidores Inteligentes .......................................................................................... 34
3.4.2 Interruptor Horário Programável (IHP) ................................................................. 34
3.4.3 Conversor bidirecional .......................................................................................... 35
CAPÍTULO 4: SIMULAÇÃO DO IMPACTO DA INTERAÇÃO DE UMA FROTA
DE VEÍCULOS ELÉTRICOS COM A REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO CT .............. 37
4.1 Conceituação ............................................................................................................ 37
xi
4.2 Curvas de demanda de potência do CT .................................................................... 38
4.3 Rede de distribuição elétrica do CT ......................................................................... 41
4.4 Veículos elétricos utilizados na simulação ............................................................... 41
4.5 O software OPENDSS .............................................................................................. 43
4.6 A simulação .............................................................................................................. 44
4.6.1 Caso 1 .................................................................................................................... 45
4.6.2 Caso 2 .................................................................................................................... 49
4.6.3 Caso 3 .................................................................................................................... 51
4.7 Considerações finais sobre o projeto ........................................................................ 53
CAPÍTULO 5: CONCLUSÃO ....................................................................................... 55
5.1 Sugestões para trabalhos futuro ................................................................................ 55
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................... 57
Anexo1 ........................................................................................................................... 63
xii
LISTA DE SÍMBOLOS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABVE Associação Brasileira de Veículos Elétricos
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
CA Corrente Alternada
CAG Controle Automático de Geração
CC Corrente Contínua
CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais
CPSA Contrato Prestado de Serviços Anciliares
DoD DepthofDischarge
EDP Energias de Portugal
G2V Grid-to-Vehicle
IEA International Energy Agency
IEAUSP Institutos de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo
IEC InternationalElectrotechnicalCommission
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
IHP Interruptor Horário Programável
IPI Imposto sobre Produto Industrializado
NOS Operador Nacional do Sistema
REI Rede Elétrica Inteligente
SAE SocietyofAutomotiveEngineers
SoC Stateof Charge
SIN Sistema Interligado Nacional
THD Total HarmonicDistortion
UFRJ Universidade Federal do Rio de Janeiro
USP Universidade de São Paulo
VE Veículo Elétrico
VEB Veículo Elétrico a Bateria
VECC Veículo Elétrico a Célula Combustível
VHE Veículo Híbrido Elétrico
VHEP Veículo Híbrido Elétrico Plug-in
V2B Vehicle-to-Building
V2G Vehicle-to-Grid
V2H Vehicle-to-Home
V4G Vehicle-for-Grid
xiii
“Se a educação sozinha não transforma a sociedade, sem ela tampouco a sociedade
muda”
-Paulo Freire
1
CAPÍTULO 1: INTRODUÇÃO
Um dos grandes desafios do nosso século é o desenvolvimento sustentável,
buscar o crescimento econômico, tecnológico e social causando menos impacto ao meio
ambiente. Entretanto, todas as ações geradas pelo ser humano que são parâmetros para o
progresso de um país como por exemplo, geração de energia, crescimento das
indústrias, mobilidade urbana entre outras, causam consequências negativas ao meio
ambiente. Como solução para essa situação, novas tecnologias estão sendo
desenvolvidas e aplicadas, tais como a geração a partir de fontes renováveis, como a
solar e a eólica, a modernização das redes elétricas de distribuição e o desenvolvimento
de veículos elétricos.
Um dos maiores impactos causados pelo ser humano é a intensificação do
fenômeno natural conhecido como aquecimento global, sendo que a emissão de gases
como o gás carbônico (CO2) e o gás metano (CH4) são os maiores responsáveis por essa
ação, a figura 1mostra o aumento das emissões de CO2 por tonelada ao longo dos anos.
Figura 1- Emissão de CO2 por tonelada [1]
Grande parcela dessas emissões são causadas por atividades industriais, geração
de energia elétrica e combustão de combustíveis fósseis dos veículos automotores. A
figura 2mostra o percentual de emissão de CO2 por atividade.
2
Figura 2- Emissões de CO2 por setores [1]
As emissões causadas por veículos com motor a combustão interna representam
23% do total, e portanto o desenvolvimento de veículos com motor elétrico é uma das
soluções para diminuir o percentual de emissões.
A inserção de veículos elétricos no mercado automobilístico vem crescendo de
maneira expressiva com o passar dos anos, sendo que de acordo com a Internacional
Energy Agency (IEA) até 2025 serão vendidos aproximadamente 30 milhões de veículos
elétricos e até 2040 aproximadamente 150 milhões. Esse aumento nas vendas de
veículos elétricos proporcionará uma redução na demanda por petróleo de
aproximadamente 1,3 MB/D (Milhões de Barris por Dia) [2].
Um aspecto que proporcionou o aumento na venda de veículos elétricos foi a
redução no preço das baterias e o desenvolvimento de baterias mais sofisticadas, como é
o caso da bateria de Íon Lítio que apresenta uma densidade de energia muito maior que
as convencionais, e que será apresentada no capítulo 2 do presente trabalho. De acordo
com [3] a venda de veículos elétricos cresceu aproximadamente 70% entre 2014 e 2015
com 550.000 veículos vendidos em 2015.
3
Figura 3- O aumento no número de veículos elétricos a bateria e híbridos “plug-in” [3]
Figura 4- Número de veículos elétricos a bateria e híbridos “plug-in” [3]
Como apresentado na figura 3, o número de veículos elétricos aumentou cerca
de um milhão e quatrocentos mil no período de 5 anos entre 2010 a 2015, com os
Estados Unidos e a China liderando no número de veículos elétricos em seus territórios,
a figura 4 mostra o número de veículos elétricos separados em veículos elétricos a
bateria e veículos híbridos elétricos plug-in. O Brasil possui uma parcela muito pequena
na frota de veículos elétricos mundiais, e portanto será necessário o desenvolvimento de
projetos que busquem a implantação das condições necessárias para o crescimento da
frota de veículos elétricos no Brasil para não ficar mais atrasado em relação aos outros
países nesse avanço tecnológico.
A implantação dos veículos elétricos na mobilidade urbana necessita de uma
estrutura particular, que são os postos de recarga, A figura 5 apresenta o número de
pontos de recarga lenta e rápida no mundo; os Estados Unidos e a China apresentam o
4
maior número, em razão de possuírem mais veículos elétricos. Portanto, sem o
investimento necessário nessa infraestrutura, os veículos elétricos não serão atrativos ao
consumidor e ao mercado.
Por isso, é de grande importância que o governo crie subsídios e projetos de lei
que garantam esse investimento. No Brasil existem projetos de lei que buscam esse
objetivo, como o projeto de lei do Senado número 174 de 2014 que isenta do Imposto
sobre o Produto Industrializado (IPI) os automóveis elétricos abateria ou híbridos a
etanol [4] e o projeto de lei da Câmara número 65 de 2014, que institui a
obrigatoriedade de instalação de pontos de recarga para veículos elétricos em vias
públicas e ambientes residenciais e comerciais, obrigando as concessionárias de energia
elétrica a instalar pontos de recarga em estacionamentos públicos e ao poder público
desenvolver mecanismos que tornem possível a instalação [5].
Figura 5- Pontos de recarga de veículos elétricos [3]
A modernização da rede elétrica de distribuição é um ponto importante, assim
como a instalação de postos de recarga para eletrificação da mobilidade. Como será
apresentado no capítulo 3 deste trabalho, a recarga de veículos elétricos causa impactos
na rede, pois a mesma não foi projetada para suprir essa demanda, de modo que a
implantação da Rede Elétrica Inteligente, que será apresentada no capítulo 2, auxiliará
na interação do veículo elétrico com a rede de distribuição.
Diante desses desafios, existem projetos no Brasil que buscam desenvolver
alternativas para resolvê-los. Por exemplo, a Associação Brasileira de Veículos
Elétricos (ABVE) busca promover e participar de estudos e pesquisas em tecnologia
veicular elétrica, auxiliando na tomada de decisões que incentivem o desenvolvimento e
utilização de veículos elétricos [6].
5
1.1 Objetivo
O primeiro objetivo é apresentar os principais temas que relacionam as
interações dos veículos elétricos com a rede elétrica; dentre esses temas estão o conceito
de rede elétrica inteligente, os diferentes tipos de veículos elétricos, os serviços
anciliares e os dispositivos necessários para a implantação do fluxo bidirecional de
potência entre o veículo elétrico e a rede.
O segundo objetivo é a realização de uma simulação com o software Open
Distribution System Simulator (OPENDSS) sobre o impacto de uma frota de veículos
elétricos a bateria e híbridos plug-in na rede de distribuição elétrica do Centro de
Tecnologia da UFRJ, utilizando o modelo de rede IEEE 13 barras, presente no software,
para simular a rede elétrica de distribuição, com o propósito de analisar as alterações no
consumo durante as operações “Grid-to-Vehicle” e “Vehicle-to-Grid”.
1.2 Estrutura do Trabalho
O trabalho é estruturado em 5 capítulos, sendo que este primeiro capítulo
apresenta a introdução, os objetivos e a estrutura do trabalho.
No capítulo 2 são apresentados os conceitos e vantagens da Rede Elétrica
Inteligente, assim como os projetos que estão sendo desenvolvidos no Brasil e a função
dos agentes privados e públicos do setor de energia elétrica dentro desse conceito. São
mostrados também os diferentes tipos de veículos elétricos e suas características,
normas técnicas para o carregamento dos mesmos e os parâmetros que definem o
funcionamento de uma bateria.
No capítulo 3 são apresentados os impactos que os veículos elétricos causam na
rede elétrica, definindo os diferentes conceitos entre essas interações,“Grid-to-
Vehicle”(G2V),“Vehicle-to-Grid”(V2G),“Vehicle-to-Home”(V2H),“Vehicle-to-
Building”(V2B) e o “Vehicle-for-Grid” (V4G). Mostra-se ainda como o veículo elétrico
pode servir como um agente que disponibiliza serviços anciliares para a rede elétrica e
os dispositivos necessários para permitir a bidirecionalidade do fluxo de potência.
No capítulo 4 são apresentados os resultados obtidos na simulação da rede
elétrica de distribuição do Centro de Tecnologia abastecendo e recebendo energia de
uma frota de veículos elétricos a bateria e híbridos plug-in.
No capítulo 5 são apresentadas as conclusões e sugestões para trabalhos futuros.
6
CAPÍTULO 2:REDE ELÉTRICA INTELIGENTE
O tema de Rede Elétrica Inteligente (REI) está sendo discutido amplamente no
cenário mundial de tecnologia, devido à necessidade de um novo funcionamento da rede
elétrica, onde o consumidor não seja apenas um coadjuvante, mas tenha autonomia no
processo de consumo da energia elétrica.
A REI pode ser entendida como um conjunto de inovações tecnológicas, que tem
como objetivo monitorar, gerenciar e garantir o transporte de energia elétrica em tempo
real para o consumidor final, de maneira eficiente e segura.
Na estrutura atual de energia elétrica, o sistema elétrico de potência é composto
de geração, redes de transmissão, redes de distribuição e consumidores de energia
elétrica. A forma como a rede elétrica convencional é estruturada é mostrada na figura
6.
Figura 6 – Arquitetura de uma rede elétrica convencional [7]
Na hierarquia dos atuais sistemas de potência, os agentes geradores de energia
elétrica fornecem energia aos consumidores finais, passando pelas redes de transmissão
e distribuição. A figura 7 mostra de forma simples a hierarquia dos participantes do
fornecimento de energia elétrica.
7
Figura 7- Hierarquia dos participantes do fornecimento de energia elétrica
O modelo convencional cria obstáculos para a integração das fontes renováveis
de energia com a rede de distribuição e focado na geração centralizada. O consumidor
final possui pouca autonomia no processo de fornecimento de energia elétrica, por isso
são agentes meramente passivos na cadeia produtiva de energia elétrica.
Deve ficar claro que a simples presença de geração distribuída não transforma
uma rede convencional em REI. As características principais da REI são a presença de
medidores inteligentes, a comunicação em rede e a possibilidade de controle
descentralizado. A geração descentralizada é importante na REI porque permite uma
maior flexibilidade de operação.
2.1 Conceito e características da REI
Com o consumo de energia crescendo a uma taxa de aproximadamente 0,9% ao
ano no Brasil [8] e 1,7% ao ano no mundo [9], os governos buscam alternativas que
atendam essa demanda com segurança e estabilidade. Algumas soluções são promover
um sistema que permita a maior participação do consumidor, inserir fontes alternativas
e renováveis de energia, para obter maior confiança e estabilidade e melhorar o
desempenho na operação para reduzir as perdas técnicas.
Uma inovação tecnológica presente no conjunto que compõe a REI é a
integração mais eficiente das fontes renováveis de energia com a rede elétrica,
permitindo que consumidores que possuam tecnologia de geração participem do
processo de produção de energia elétrica, fazendo que o mercado de energia elétrica
faça uso de ambos, criando um novo agente o “prossumidor”[7].
8
Tabela 1- Comparação entre o modelo convencional de energia elétrica e a REI [10]
Comparação entre a Rede Elétrica Atual e a Rede Elétrica Inteligente
Principais
características Rede Elétrica Atual Rede Elétrica Inteligente
Participação ativa do
consumidor
Consumidores não
são informados e não
participam
Consumidores informados e envolvidos
no processo, resposta a demanda e
fontes de energia distribuídas
Acomodação de toda
a geração e opções de
armazenamento
Dominado pela
geração centralizada,
muitos obstáculos
existentes para fontes
de energia distribuída
e interconexão
Muitas fontes de energia distribuída
com plug-e-play e focado em fontes
renováveis
Novos produtos,
serviços e mercados
Limitado, integração
fraca com o mercado,
oportunidades
limitadas para os
consumidores
Integração forte com o mercado,
crescimento de um novo mercado de
eletricidade para consumidores
Garantir qualidade de
potência para uma
economia digital
Focado em
interrupções, resposta
demorada com
problemas na
qualidade da energia
Qualidade de energia como prioridade
com variações nas opções de preço e
qualidade, rápida resolução de
problemas
Otimização de ativos
e operação eficiente
Pouca integração de
dados operacionais
com gerenciamento
de ativos
Ótima expansão de aquisição de dados
dos parâmetros da rede, focado na
prevenção e minimização de impactos
aos consumidores
Antecipar respostas de
distúrbios do sistema
Prevenção de dados
futuros, focado em
proteger ativos
seguidos de uma falta
Detecção automática e respostas aos
problemas, focado na prevenção
Resiliência contra
ataques cibernéticos e
desastres naturais
Vulnerável para
ações maliciosas de
terrorismo e desastres
naturais, resposta
lenta
Resiliente a ataques cibernéticos e
desastres naturais, rápida capacidade de
restruturação
9
Os principais atributos que definem a REI:
Avaliar a situação da rede em tempo real;
Prever comportamentos;
Adaptar-se às novas tecnologias como fontes distribuídas e fontes renováveis de
energia;
Resistir a uma demanda estocástica e responder com aplicações inteligentes;
Prover autocorreção, reconfiguração e restauração;
Resistir a uma variação aleatória de cargas em tempo real.
Uma arquitetura representativa está apresentada na figura 8, que é dividida em nove
áreas: transmissão automatizada, coordenação acessível da situação do sistema,
operações do sistema, distribuição automatizada, integração de energias renováveis,
eficiência energética, geração distribuída e armazenamento, participação na demanda,
equipamentos inteligentes, veículos elétricos e híbridos.
Figura 8- Arquitetura da Rede Elétrica Inteligente [10]
10
2.2 Motivadores para a implantação da REI no Brasil
A implantação da REI irá gerar oportunidades de investimento e empregos em
diversas áreas. No caso do Brasil a representação dos atores envolvidos no
desenvolvimento da REI é mostrado na figura 9. As principais motivações sob o ponto
de vista das concessionárias, dos consumidores e do agente regulador são:
Reduzir as perdas técnicas e comerciais (fraudes).
Melhorar a qualidade do serviço prestado pelas distribuidoras.
Reduzir os custos operacionais.
Melhorar o planejamento da expansão da rede.
Melhorar a gestão de ativos.
Promover a eficiência energética.
Fomentar a inovação e a indústria tecnológica.
Figura 9- Representação dos atores envolvidos no desenvolvimento da REI no Brasil [7]
11
No Brasil há iniciativas públicas e privadas para a implantação da REI, sendo
que as principais empresas de energia elétrica possuem projetos para a estruturação da
REI dentro do contexto nacional.
A ANEEL desenvolveu uma resolução, onde especifica as atribuições dos
consumidores e dos distribuidores em aspectos da REI, como microgeração,
minigeração, geração distribuída e medidores eletrônicos inteligentes [11].
A CEMIG, uma das maiores distribuidoras do Brasil, possui um projeto
chamado Cidades do Futuro, que tem como objetivo validar em escala adequada os
processos que estruturam a arquitetura da REI, analisar a viabilidade técnica e
econômica da cadeia de valor, e contribuir para o processo de transformação da
concessionária para a implantação da arquitetura da REI [12].
A concessionária Enel (antiga AMPLA) possui um projeto na cidade de
Armação dos Búzios, “Projeto Cidade Inteligente de Búzios”, que consiste em estruturar
uma rede elétrica totalmente automatizada, flexível e integrada, possuindo programas na
área de gerenciamento de energia, sistema de armazenamento de energia, iluminação
pública inteligente e geração inteligente de energia [13].
2.3 Conceito de veículo elétrico
O conceito de veículo elétrico não é recente, pois os primeiros veículos elétricos
surgiram no século XIX. Em 1900 três tecnologias de automóveis concorriam no
mercado, o carro elétrico, a vapor e o com motor de combustão interna a gasolina. O
desenvolvimento do sistema de produção em série de Henry Ford, que permitiu que o
preço final do veículo a gasolina caísse bastante, os problemas que os veículos elétricos
apresentavam na época como a dificuldade de percorrer longas distâncias a uma
velocidade razoável e a falta de conhecimento em baterias contribuíram para a
decadência do veículo elétrico [14].
O grande aumento na emissão de gases que intensificam o aquecimento global
provocado pela queima de combustíveis fósseis, a variação no preço e no mercado do
petróleo e o aumento no incentivo de tecnologias que proporcionem uma sociedade
mais sustentável e que causem menos impactos negativos ao meio ambiente são os
motivos principais para o resgate da indústria do veículo elétrico.
12
Nesta seção serão apresentados os diferentes tipos de veículos elétricos e suas
principais características, veículos híbridos elétricos (VHE), veículos híbridos elétricos
plug-in (VHEP), veículos elétricos a células a combustível (VECC) e os veículos
elétricos a bateria (VEB).
2.4 VHE
Os veículos híbridos elétricos são automóveis, que por definição, possuem mais
de um tipo de motor de propulsão, os VHEs podem funcionar com o motor de
combustão interna que utiliza combustível e o motor elétrico que é movido pela energia
armazenada na bateria.
A máquina elétrica pode funcionar como motor ou como gerador. Ela opera
como motor quando o motor de combustão interna tem baixo desempenho energético,
nas situações de baixas rotações, e funciona como gerador nos momentos de frenagem,
em que a energia cinética que seria desperdiçada pelo carro é recuperada, esse processo
é chamado de frenagem regenerativa [15].
No sistema híbrido há basicamente três tipos de sistemas:
i) O sistema híbrido em série, em que o motor elétrico é responsável pela tração do
veículo, o motor a combustão interna tem a função de gerar a energia necessária para o
funcionamento do motor elétrico, por meio de um gerador que converte a energia
mecânica em energia elétrica. Portanto, nessa configuração, são necessárias duas
máquinas elétricas, uma para operar como motor de tração e outra como gerador.
ii) O sistema híbrido em paralelo, em que o motor elétrico e o motor de combustão
interna atuam de forma independente, o funcionamento dos motores varia segundo a
solicitação de carga do veículo.
iii) O sistema híbrido misto combina os funcionamentos do sistema em série e paralelo,
é possível utilizar somente o sistema elétrico ou os dois motores atuando de forma
simultânea [14].
13
2.5 VHEP
O VHEP difere do VHE pelo fato de possuir uma bateria com maior capacidade
de armazenamento e pela bateria poder ser carregada diretamente da rede elétrica
através de uma tomada (plug).
O VHEP, assim como o VHE, possui três diferentes tipos de sistemas híbridos,
série, paralelo e misto. As diferentes arquiteturas para os três sistemas de um VHEP
serão apresentadas nas figuras 10, 11 e 12.
Figura 10- Sistema híbrido misto[16].
No sistema híbrido misto apresentado na figura 10, o veículo pode operar nas
configurações série e paralelo, o gerador converte a energia mecânica proveniente do
motor de combustão interna, através do acoplamento mecânico, em energia elétrica para
o funcionamento do motor elétrico, que produz a tração do veículo, caracterizando a
configuração série.Os motores elétrico e de combustão interna estão conectados ao
acoplamento mecânico, possibilitando a operação em paralelo.
14
Figura 11- Sistema híbrido série [16].
No sistema híbrido série mostrado na figura 11, o combustível alimenta o motor
de combustão interna que transfere a potência para o gerador que carrega a bateria, a
qual fornecerá potência elétrica para o motor elétrico, que por sua vez entregará
potência ao eixo das rodas por meio da transmissão mecânica.
Figura 12- Sistema híbrido paralelo [16].
No sistema híbrido paralelo apresentado na figura 12 o acoplamento mecânico
está conectado ao motor elétrico e ao motor de combustão interna, permitindo o
funcionamento dos dois simultaneamente. Nesta configuração pode se optar pela
utilização do combustível ou pela utilização da bateria para fornecer potência ao eixo
das rodas.
15
O Toyota Hybrid é um modelo de automóvel híbrido de configuração série que
possui um sistema inteligente de eficiência de energia, onde o motor elétrico fornece
toda a potência necessária para o funcionamento do automóvel, o motor de combustão
interna só é acionado quando há necessidade de mais potência, por exemplo
emsituações de alta aceleração [17].
O Honda Insight também é um modelo de automóvel híbrido, que possui um
motor de corrente contínua sem escovas como motor elétrico, apresentando um sistema
inteligente, como o Toyota Hybrid, para controle da potência [18].
2.6 VECC
Atualmente muitas pesquisas estão sendo realizadas para implantar a utilização
de células combustível no veículo elétrico, proporcionando uma integração entre a
engenharia automotiva, engenharia de célula combustível e a engenharia elétrica.
Segundo [19], a célula combustível é uma fonte de energia confiável, eficiente e que
possui um custo razoável comparado com o tempo de duração. Além disso outros
dispositivos como a bateria de Íon Lítio, que será apresentada na seção 2.9.1 e o
ultracapacitor podem ser usados em conjunto com a célula combustível para melhorar o
seu desempenho.
A arquitetura do VECC está representada na figura 13. A montadora de veículos
Honda desenvolveu um modelo de veículo elétrico a célula combustível, o Honda FCX,
que recebeu certificações de órgãos ambientais, um deles da Agência de Proteção ao
Ambiente da sigla inglês EPA, e foi o primeiro veículo a célula combustível aprovado
para uso comercial [19].
16
Figura 13 – Veículo elétrico a célula a combustível
Na figura 13 está apresentada a arquitetura do VECC, o sistema é semelhante ao
sistema em série do VHEP. A célula a combustível produz a energia mecânica que é
convertida em elétrica pelo gerador, sendo utilizada pelo motor elétrico para realizar a
tração do veículo, ou armazenada pela bateria.
2.7 VEB
O VEB difere do VHEP e do VECC, pois possui como única fonte de energia as
baterias, que fornecem potência elétrica para o motor elétrico. As vantagens de um VEB
comparado com um automóvel com motor de combustão interna são a menor
complexidade do mecanismo de funcionamento e o rendimento do motor. O VEB,
assim como o VHEP e o VECC, possui o sistema de aproveitamento da energia cinética
durante as frenagens.
A arquitetura de um VEB é apresentada na figura 14.
17
Figura 14- Arquitetura do modelo de VEB [16].
Como mencionado anteriormente a única fonte de energia do VEB é a bateria,
como mostrado na figura 14, onde não há a presença do gerador para converter a
energia proveniente de outro motor em energia elétrica e nem a presença de outro tipo
de motor. Por simplicidade, de ora em diante o VEB será denominado Veículo Elétrico
(VE).
A empresa Itaipu Binacional, em parceria com a fundação KWO, desenvolveu o
projeto VE, que consistiu no desenvolvimento de três veículos elétricos a bateria, uma
palio weekend, um modelo de caminhonete daily elétrico e um mini ônibus, com o
objetivo de estudar a eficiência e autonomia dos veículos elétricos. Os maiores desafios
encontrados foram o desenvolvimento de baterias avançadas, o motor elétrico e o
módulo inversor. O motor utilizado foi um motor de corrente alternada, então houve a
necessidade de um inversor para converter a tensão em corrente contínua da bateria para
tensão em corrente alternada para alimentar o motor [20].
O Nissan Leaf é um modelo de VEB desenvolvido pela montadora de
automóveis Nissan, que possui um motor elétrico síncrono em corrente alternada, as
baterias são de Íon Lítio laminado, e possui um inversor para converter a tensão CA da
rede em tensão CC, no processo de carregamento da bateria [21].
A Tabela 2 foi adaptada do modelo da referência [19], mostra as principais
características e diferenças entre os tipos de veículos elétricos apresentados neste
capítulo.
18
Tabela 2- Principais características e diferenças entre os tipos de veículos elétricos [19]
2.8 Modos e postos de recarga de veículos elétricos
Um dos grandes desafios para inserção de VEs na mobilidade urbana é a
implantação da infraestrutura dos postos de recarga. Esse é um dos pontos que mais
necessita de incentivos do governo como apresentado em [5], pela simples lógica do
mercado, pois não faz sentido as montadoras e companhias de eletricidade investirem
em postos de recarga se não houver um número suficiente de VEs e não faz sentido aos
consumidores comprarem um VE se não houver um número suficiente de postos de
recargas..
Existem diferentes tipos de recarga de VEs que são classificados conforme o
valor da tensão, da potência, da corrente ou da conexão em corrente contínua (CC) ou
corrente alternada (CA), sendo que as classificações são feitas por normas definidas por
instituições, comissões ou associações de normas técnicas.
19
Na Europa os tipos de recarga são classificados pela norma IEC-61851. A
Tabela 3 apresenta os tipos de recarga pela norma citada.
Tabela 3- Diferentes tipos de Recarga de VEs na Europa. [22].
Como mostrado na Tabela 3, os tipos de recarga são divididos em três categorias
de potência: normal, média e alta, sendo a última em CC ou CA. Dependendo do tipo de
recarga, ela pode ser feita no próprio local onde reside o proprietário do veículo, e neste
caso o método de recarga é o de potência normal, que se caracteriza por um longo
período de duração. Os outros métodos de recarga são mais rápidos e em sua grande
maioria são realizados em postos públicos ou em estabelecimentos privados, como
shoppings, supermercados, etc.
A norma IEC 61851 estabelece quatro tipos de modos de recarga modo-1,
recarga lenta com conectores comuns de residência; modo-2, recarga lenta com
conectores comuns de residência com um dispositivo de proteção CA; modo-3, recarga
lenta ou rápida utilizando um conector específico do VE com funções de controle e
proteção em CA e modo-4, recarga rápida utilizando carregador externo em CC [22].
Na América do Norte é utilizada a norma SAE J1772, que na sua última versão
estabelece três tipos de sistema de recarga, que são apresentados na Tabela 4.
20
Tabela 4- Diferentes modos de recarga classificado na norma SAE J1772 [22].
A figura 15 mostra o conector utilizado em recargas lentas que podem ser
realizadas na residência ou no trabalho, com uma tomada com tensão de 120V.
Figura 15- Conector do tipo-1 para recargas lentas [22].
No Brasil utiliza-se a norma ABNT NBR IEC 61851-1:2013 – Sistema de
recarga condutiva para veículos elétricos que possui os requisitos gerais para o sistema
de recarga para VEs [23]. Como apresentado nos diferentes tipos de normas, a recarga
rápida em CC permite que a bateria do VE seja carregada na maioria dos casos em
menos de uma hora. Esse tipo de recarga permite que o VE tenha potencial para
competir com o veículo com motor de combustão interna e seja um atrativo para a
compra de VEs. Diante da importância desse tipo de recarga para o aumento da frota de
VEs, foi desenvolvido um protocolo para recarga rápida conhecido como CHAdeMO,
que possui uma plataforma de colaboração para o desenvolvimento do mesmo
adaptando as necessidades do mercado e a disseminação dos seus benefícios.
21
CHAdeMO além de permitir a recarga rápida do VE, também possibilita a troca de
informações entre o carregador e o VE [24].
O esquema representativo do carregamento rápido em CC é apresentado na
figura 16, onde estão presentes os circuitos de potência que realiza a recarga da bateria e
o circuito de controle que proporciona a transferência de dados entre o VE e uma central
de operação da rede [24].
Figura 16- Circuito do carregamento rápido em CC[24]
Em grande parcela dos países europeus, no Japão e na América do Norte, os
postos de recarga rápida já possuem um grande número de instalações [24], o que
justifica a concentração de grande parcela da frota mundial de VEs nessas regiões, como
mostrado na figura 4.
2.8.1 Postos de recarga de veículos elétricos no Brasil
O Brasil, comparado aos países da Europa e da América do Norte, ainda possui
poucos pontos de recarga de veículos elétricos. Investimentos públicos em parceria com
22
empresas privadas têm desenvolvido postos de recarga de VEs, como é o caso da CPFL
energia que possui seis eletropostos, onde dois deles são em parceria privada com a
Natura e a 3M; a Itaipu Binacional possui 12 eletropostos em operação em Curitiba, 8
em Foz do Iguaçu e 3 em Brasília [25]. A EDP em 2012 instalou na Universidade de
São Paulo (USP), em parceria com o Instituto de Energia e Ambiente da Universidade
de São Paulo (IEAUSP), mostrado na figura 17, um eletroposto de recarga rápida com
capacidade de carregar 80% da bateria do veículo em apenas 30 minutos, que segue as
especificações da Europa e Estados Unidos e possui uma potência de saída de 50kW em
CC [26]. Segundo a referência [25] a projeção no aumento na instalação de eletropostos
no Brasil é de 20% para 2017, chegando a pelo menos 153 unidades.
Figura 17- Posto de recarga rápida na USP [26]
2.9 Baterias
As baterias são armazenadores de energia que convertem energia química em
energia elétrica e energia elétrica em energia química. São os dispositivos mais
utilizados para o armazenamento de energia e são empregados em diversas áreas e
equipamentos, notebooks, celulares, câmeras fotográficas, brinquedos e veículos
elétricos.
23
Serão apresentados os principais termos referentes a baterias, o funcionamento e
as vantagens das baterias de Íon Lítio comparadas com outras baterias.
. Capacidade: A capacidade de uma bateria é definida como a quantidade de ampères-
hora (Ah) que pode ser retirada da mesma quando está em plena carga. A unidade de
capacidade também pode ser expressa em watts-hora (Wh).
. Densidade de energia: Capacidade nominal de uma bateria normalizada em unidade
de massa (Wh/kg) ou em unidade de volume (Wh/L). Este parâmetro significa que
quanto maior a densidade de energia de uma bateria menor será a massa e o volume
necessários para se retirar ou armazenar uma determinada quantidade de energia.
. Estado de carga: É definido como a capacidade disponível em uma bateria em um
determinado momento, e é expresso em percentagem da capacidade nominal.
Exemplificando, se 25 Ah fossem retirados de uma bateria com capacidade nominal de
100 Ah, o estado de carga seria de 75%. O estado de carga é complementar à
profundidade de descarga, e sua sigla em Inglês é SoC (State of Charge).
. Profundidade de descarga: Indica em percentagem da capacidade nominal, o quanto
foi retirado da bateria em um determinado momento, e é complementar ao estado de
carga. Exemplificando, se 25 Ah fossem retirados de uma bateria com capacidade
nominal de 100 Ah, a profundidade de descarga seria de 25%, e sua sigla em Inglês é
DoD (Depht of Discharge).
. Taxa de carga e descarga: É o valor da corrente elétrica aplicada em uma bateria
durante o processo de carga ou descarga. Por exemplo, uma bateria com capacidade
nominal de 200 Ah, com um intervalo de carga de 10 h a corrente constante, apresenta
uma taxa de carga de:
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑁𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙
𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎=
200 𝐴ℎ
10 ℎ= 20 𝐴 = 𝑡𝑎𝑥𝑎
𝐶
10 (1)
24
. Ciclo: A sequência de carga-descarga de uma bateria até atingir uma determinada
profundidade de descarga é denominada de ciclo.
2.9.1 Baterias de Íon Lítio
As baterias de Íon Lítio apresentam alta densidade energética, na faixa de 80 a
150 Wh/kg, se tornam apropriadas para serem utilizadas em veículos elétricos, pois com
uma alta densidade energética elas disponibilizam uma quantidade maior de energia,
ocupando menos volume e sendo mais leves.
O funcionamento de uma bateria de Íon Lítio pode ser expresso pela seguinte
reação eletroquímica:
𝐶𝑛(𝑠) + 𝐿𝑖𝑀𝑂2 ↔ 𝐿𝑖𝑥𝐶𝑛(𝑠) + 𝐿𝑖(1−𝑥)𝑀𝑂2(𝑠) (2)
O catodo é um composto de Lítio (Li) da forma LiMO2, onde M representa um
metal de transição, sendo Ni, Co e Mn os mais usados, produzindo Íons de Lítio durante
a descarga. O anodo Cn é formado por Carbono com a propriedade de receber e
acumular íons de Lítio.
Outra vantagem da bateria Íon de Lítio que também se torna útil na aplicação em
veículos elétricos é a possibilidade de suportar altas taxas de carga e descarga e o baixo
tempo de carga [27].
A Tabela 5 mostra as vantagens da bateira de Íon de Lítio. Como pode ser
observado e como foi mencionado anteriormente, a sua densidade energética é alta
comparada as outras baterias, além de apresentar uma vida cíclica elevada.
25
Tabela 5- Características das baterias recarregáveis disponíveis no mercado [27]
26
CAPÍTULO 3: IMPACTOS DOS VEÍCULOS ELÉTRICOS NA REDE
3.1 O conceito
O aumento das vendas de veículos elétricos no Brasil registrado no ano de 2016
foi de aproximadamente 3567 veículos, entre elétricos e híbridos, sendo que esse
número representa 1,9% no mercado total de vendas de veículos, uma porcentagem
recorde para o setor [28]. O aumento da frota de veículos elétricos proporciona diversos
benefícios, entre os quais podemos citar a diminuição na emissão de poluentes que
intensificam o aquecimento global, a diminuição na dependência de combustíveis
fósseis e do petróleo, como mostrado na arquitetura e no funcionamento dos diferentes
tipos de veículos elétricos, e a maior eficiência quando comparados com veículos com
motores de combustão interna.
A rede elétrica convencional não foi projetada para suportar um carregamento de
uma frota de veículos elétricos, portanto o aumento nas vendas e na utilização de VEs
provocaria impactos na rede elétrica. Segundo [29] a qualidade de energia e a
estabilidade da rede são os parâmetros mais prejudicados pelo carregamento não
controlado de VEs, ou seja, um carregamento desordenado sem um horário e período
específicos que levem em consideração os momentos de pico de demanda da rede.
Algumas características do carregamento não controlado de VEs deixam ainda
mais complexa essa situação, como por exemplo o instante da conexão, o estado de
carga da bateria e a duração do carregamento. As consequências do carregamento de
uma frota de VEs apresentados nos estudos das referências [30] e [31] são a sobrecarga
nos transformadores de distribuição de 13,8kV e quedas de tensão nos barramentos na
ordem de 0,95pu e devido a essas consequências os estudos detalhados sobre esses
impactos se tornam importantes.
O acesso a informações sobre a demanda da carga em tempo real é uma
inovação que torna mais eficiente a interação entre o VE e a rede elétrica, que seria
proporcionado com investimentos para a infraestrutura da rede elétrica inteligente como
mostrado no capítulo 2. Os VEs têm a capacidade de armazenar energia em suas
baterias e grande parcela deles ficam estacionados entre 93% a 96% do seu tempo de
vida [32]. Isso significa que eles estão na maioria do tempo com energia disponível para
ser usada pela rede em momentos de pico de demanda. Essa nova proposta de interação
é conhecida como “Vehicleto Grid” (V2G), onde o veículo elétrico disponibiliza
27
energia para a rede elétrica; entretanto, grande parcela dos VEs são projetados com
carregador unidirecional que permite apenas o fluxo de potência convencional, que é a
rede elétrica carregando o VE, conhecido como “Grid to Vehicle” (G2V) [32].
Com o conceito de V2G o VE deixa de ser um elemento passivo da rede e passa
a ser um elemento ativo com capacidade de armazenar, consumir e prover energia. Para
a implantação do conceito V2G estão sendo realizados diversos estudos [32], [33], [34]
e [35] para o desenvolvimento de um carregador bidirecional que permita a interação do
VE, disponibilizando energia não apenas para a rede elétrica, mas também para a
residência ou estabelecimento em que ele se encontra conectado.
Outros conceitos de interação estão sendo propostos, um deles é o “Vehicle to
Home” (V2H), onde há o fluxo bidirecional entre o veículo e a residência, podendo o
VE atuar como um backup de geração, minimizando perdas na transmissão de energia e
o custo [33]. Uma das utilidades do conceito V2H é em casos de interrupção da rede
elétrica; segundo o estudo [34], um meio para ocorrer esse funcionamento é através da
medição e do cálculo do valor eficaz da rede, de modo que quando esse valor fica
abaixo de 85% do valor nominal, considera-se que houve uma interrupção e neste
momento a residência fica sendo abastecida pelo VE. Outro conceito também
desenvolvido baseado na proposta bidirecional do fluxo de potência é o “Vehicle to
Building” (V2B), que é semelhante ao V2H e permite que a energia armazenada na
bateria seja usada como um sistema de backup em escala comercial[33]. A figura 18
mostra a direção do fluxo de potência nos conceitos V2G, V2H e G2V.
Figura 18- Esquema mostrando os conceitos de G2V, V2G e V2H [35]
28
Uma outra interação muito importante entre o VE e a rede elétrica é o “Vehicle
for Grid” (V4G), segundo a referência [29] os VEs podem produzir potência reativa na
rede nos dois modos de operação G2V e V2G. Esse conceito estabelece que o VE injete
reativo na rede, ou atue como um filtro de potência ativo para compensar os harmônicos
da corrente gerados por equipamentos elétricos não lineares presentes em grande
parcela das residências. Uma ótima vantagem desse modo de operação é que a bateria
do VE não é utilizada, logo não contribui para o seu envelhecimento. A figura 19
apresenta o modo operação V4G, onde as correntes ih, ia e iev representam
respectivamente as correntes da residência, dos equipamentos elétricos e do VE, as duas
situações que definem o V4G são mostradas na figura 19, na figura 19-a o VE está
injetando potência reativa na rede elétrica e na figura 19-b o VE está compensando os
harmônicos gerados pelos equipamentos elétricos.
Figura19– Modo de operação V4G; (a) produzindo potência reativa, (b) compensando
harmônicos na corrente. [29]
Rede
Painel
Elétrico
Eletrodomésticos
Veículo Elétrico
Rede Eletrodomésticos
Veículo Elétrico
Painel
Elétrico
29
Os modos de operações definidos anteriormente, em que o VE disponibilize
energia, têm motivado pesquisas científicas para a implantação do carregador que
permita a bidirecionalidade do fluxo de potência. Segundo [32] o carregador
bidirecional utilizando conversores de potência e algoritmos de controle adequados
conseguem regular a potência ativa e reativa da rede elétrica, contribuindo para a
estabilidade da tensão e da frequência, além de possuir uma forma de onda senoidal da
corrente do carregador.
Com as definições apresentadas no modo de operação V2G, o VE pode se tornar
um sistema de armazenamento de energia que permite uma interação com as fontes
renováveis de energia, como por exemplo a solar e a eólica. Esses tipos de geração de
energia são intermitentes, o que significa que a produção depende de situações
climáticas favoráveis, possuindo em grande parcela seus picos de produção em horários
diferentes aos picos de demanda, de modo que muito do que é produzido por essas
fontes de energia não é utilizado pelas cargas.Com o modo de operação V2G, é possível
ao VE armazenar a produção de energia excedente e utilizá-la posteriormente [33].
O modo de operação V2G possui benefícios e pode servir como modelo de
negócio, beneficiando o usuário e a concessionária de distribuição de energia. Dentre as
vantagens do V2G podem ser destacadas:
i. O VE pode servir como energia de emergência por longas interrupções.
ii. Pode interagir com as fontes renováveis para armazenar a energia excessiva e
retornar à rede em momentos de necessidade.
iii. Pode armazenar eletricidade e fornecer rápida resposta de geração para a rede
elétrica.
iv. Pode contribuir na qualidade de energia, produzindo potência reativa na rede
e compensando harmônicos na corrente como um filtro ativo.
v. Pode contribuir na estabilidade da tensão e frequência da rede.
3.2 Serviços Anciliares
No Brasil antes dos anos 90 o serviço de eletricidade era visto como um sistema
centralizado, como mercado sendo predominantemente estatal e monopolizado. Com a
quebra do monopólio e com a criação da agência reguladora de eletricidade ANEEL, o
30
mercado foi aberto às empresas privadas de energia e ocorreu a desverticalização do
mercado, separando os serviços de geração, transmissão e distribuição de energia e
diferenciando o produto do serviço [36].
Com os critérios estabelecidos pelo regulador para o fornecimento de energia
elétrica e pelas características do sistema de potência, houve a necessidade de serviços
complementares que auxiliariam na qualidade, segurança e confiabilidade do sistema.
Esses serviços foram denominados como serviços anciliares que representam os
recursos e ações executadas em um sistema elétrico de potência que garantem a
continuidade do fornecimento, a segurança na operação e a manutenção da frequência e
da tensão em seus valores adequados. Dentre os fatores que fazem os serviços anciliares
serem de extrema importância podem-se destacar o equilíbrio entre carga e demanda
realizado em tempo real, armazenamento de energia e fornecimento de energia reativa
para a manutenção dos níveis de tensão [36].
Figura 20- Separação entre produto e serviço baseado em [36].
Os provedores de serviços anciliares são os agentes de geração do sistema
elétrico. Eles possuem reservas operativas que têm como função a regulação e
31
manutenção da frequência do sistema dentro dos valores aceitáveis e a garantia da
continuidade do atendimento à carga. As reservas operativas são classificadas em duas,
reservas operativas para regulação de frequência e reservas operativas para segurança
do sistema [36].
. Reservas operativas para regulação da frequência: Têm como objetivo atender as
variações de carga, disponibilizando certa quantidade de potência ativa sincronizada à
rede.
. Reservas operativas para segurança do sistema: São utilizadas para cobertura da
possível saída de operação de uma unidade geradora ou linha de transmissão que altere
o despacho devido a mudanças súbitas de carga.
Entre as atribuições do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) estão a
contratação e a administração dos serviços anciliares necessários à operação do sistema,
e o estabelecimento de critérios relativos aos arranjos comerciais dos serviços anciliares
prestados pelos agentes de geração para a celebração e administração dos Contratos de
Prestação de Serviços Anciliares (CPSA) [37].
Figura 21- Administração dos serviços anciliares [37]
32
Segundo a resolução 265 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL)
[38], são definidos como serviços anciliares:
i- Controle primário de frequência: é o controle realizado por meio de reguladores
automáticos de velocidade das usinas geradoras, objetivando limitar a variação de
frequência quando ocorre desequilíbrio entre a carga e a geração.
ii- Controle secundário de frequência: é o controle realizado pelas unidades geradoras
participantes do controle automático de geração (CAG), com o objetivo de restabelecer
a frequência do sistema ao seu valor programado.
iii- Reserva de potência para controle primário: é a reserva de potência ativa para
realizar o controle primário de frequência.
iv- Reserva de potência para controle secundário: é a reserva de potência ativa para
realizar o controle secundário de frequência.
v- Reserva de prontidão: é a disponibilidade de unidades geradoras com o objetivo de
recompor as reservas de potência primária ou secundária do sistema, em caso de
indisponibilidade de geração.
vi- Suporte de reativos: é o fornecimento ou absorção de energia reativa destinada ao
controle de tensão da rede de operação, mantendo-a dentro dos limites de variação
estabelecidos nos procedimentos de rede.
vii- Autorrestabelecimento (black start): é a capacidade que tem uma unidade
geradora ou usina geradora de sair de uma condição de parada total para uma condição
de operação.
33
viii- Sistema de proteção: sistema que, a partir da detecção de uma condição anormal
de operação ou de contingências múltiplas, realiza ações automáticas para preservar a
integridade do Sistema Interligado Nacional (SIN).
3.3 Veículos elétricos e os serviços anciliares
Como apresentado nas seções anteriores o desenvolvimento de um carregador
bidirecional que proporcione os modos de operação V2G, V2H, V2B e o V4G permite
que o fluxo de potência tenha a direção do veículo para a rede, para a residência ou para
a construção que o veículo elétrico esteja estacionado. Com isso é possível que uma
frota de veículos elétricos seja vista como uma unidade geradora que consiga injetar
potência ativa e reativa na rede, podendo oferecer serviços que auxiliem na qualidade da
energia que foram apresentados na seção anterior como serviços anciliares.
Nas definições de serviços anciliares apresentadas anteriormente os VEs podem
atuar como suporte de reativos através do modo de operação V4G e como
autorrestabelecimento (blackstart), pois o VE pode consumir energia através do modo
de operação G2V ou fornecer energia através do modo de operação V2G de forma
instantânea, apenas realizando a conexão do VE com o ponto de recarga. Como já
mencionado anteriormente o VE fica 95% do tempo de sua vida útil estacionado, ou
seja à disposição para oferecer algum tipo de serviço anciliar. Na referência [39] são
apresentadas equações que definem um preço pela interação do VE com a rede elétrica,
essas equações foram estruturadas de acordo com as tarifas de energia norte americana,
porém o seu entendimento serve como uma compreensão para um desenvolvimento
futuro de uma tarifa desse tipo de serviço no Brasil.
3.4 Dispositivos para a implantação do V2G
Na implantação de maneira eficiente do modo de operação V2G ou V2H e V2B
é necessária a presença de alguns dispositivos. Nestes modos de operação o VE atua
como um agente gerador de energia, portanto pode-se caracterizar como um exemplo de
geração distribuída, sendo análogo a uma fonte de geração solar ou eólica em uma
residência ou construção. Nesta seção serão descritos os principais dispositivos que
garantem a aplicação eficiente do fluxo de potência no sentido da bateria do VE para a
34
rede de distribuição, residência ou um estabelecimento, que pode ser uma Universidade,
shopping ou edifício.
3.4.1 Medidores Inteligentes
Os medidores inteligentes ou smart meters são medidores de energia elétrica que
permitem funções que são úteis para a implantação da REI e do modo de operação V2G.
Os medidores inteligentes permitem a medição bidirecional da energia, que significa
que realiza a medição quando a carga está consumindo e quando a carga atua como um
agente gerador de energia, caracterizando situações como mencionadas anteriormente
de geração distribuída. As outras funções principais do medidor inteligente são a
medição de energia em tempo real, a aquisição de dados e a possibilidade de utilização
de um protocolo de comunicação que permite o tráfego de dados entre o consumidor e a
concessionária de energia.
Os medidores inteligentes, comparados aos medidores convencionais,
apresentam vantagens, entre as quais se destacam:
- Detecção de fraude.
- Corte e religamento remoto.
- Comunicação bidirecional.
- Medição à distância.
Um dos projetos do Fundo Verde consiste na instalação de medidores
inteligentes nas 26 subestações do Centro de Tecnologia da Cidade Universitária da
UFRJ.O objetivo do projeto é o monitoramento das subestações, que possibilitará o
aumento na confiabilidade e segurança do sistema de distribuição, uma melhor gestão
energética e a criação de uma base de pesquisa na área de telecomunicação e
inteligência computacional [40].
3.4.2 Interruptor Horário Programável (IHP)
Os interruptores horário programáveis são utilizados para o funcionamento
automático de ventilação, iluminação, aquecimento entre outras utilidades. Esse
interruptor permite a abertura e o fechamento de circuitos independentes a partir de uma
35
lógica pré-definida pelo usuário, podendo ligar e desligar aparelhos em horários
programáveis[41].
A utilidade deste dispositivo nos modos de operação em que o VE atua como um
gerador de energia através da sua bateria será da seguinte forma: conhecendo a curva de
demanda de um estabelecimento como um shopping, edifício comercial ou até uma
residência, é possível identificar pontos de pico de demanda em horários definidos, o
VE atuaria nesses horários de pico de demanda como um gerador de energia para poder
equilibrar a curva de demanda. O IHP então seria conectado entre o carregador e a rede
de distribuição e seria programado para atuar nos horários de pico de demanda
realizando então a conexão do VE com a rede apenas nos horários programados, mesmo
o VE estando conectando com o carregador durante todo o período que esteja
estacionado.
3.4.3 Conversor bidirecional
Para o modo de operação V2G ser possível é necessário que o VE possua um
conversor bidirecional embarcado, que permite o fluxo de potência nos dois sentidos, da
rede elétrica para o VE e do VE para a rede elétrica. Muitos estudos foram realizados no
desenvolvimento do conversor bidirecional [42].
Na figura 22 é apresentado o circuito elétrico do conversor bidirecional, que é
composto por dois conversores de eletrônica de potência CA-CC e CC-CC. Quando o
VE estiver operando no modo G2V, o conversor CA-CC funciona como um retificador
convertendo a tensão CA da rede em tensão CC e o conversor CC-CC funciona como
um conversor Buck, que possui a característica de diminuir o valor médio da tensão em
CC na saída. Quando VE estiver operando no modo V2G o conversor CA-CC funciona
como um inversor convertendo a tensão CC do capacitor em tensão CA para a rede
elétrica e o conversor CC opera como um conversor Boost, que possui a característica
de aumentar o valor médio da tensão em CC na saída.
36
Figura 22- Conversor bidirecional que permite o modo de operação V2G (elaboração
própria baseado em [42])
Para o conversor bidirecional não criar impactos negativos na rede elétrica,
como por exemplo contribuir para o aumento do THD com injeção de harmônicos
indesejáveis, é necessário a implantação de um algoritmo de controle que utilize como
sinais de referência as tensões da rede, do capacitor que realiza a junção entre os dois
conversores e do banco de baterias do VE, assim como também as correntes da bateria e
da rede [42].
37
CAPÍTULO 4: SIMULAÇÃO DO IMPACTO DA INTERAÇÃO DE UMA
FROTA DE VEÍCULOS ELÉTRICOS COM A REDE DE DISTRIBUIÇÃO DO
CT
O Centro de Tecnologia da Universidade Federal do Rio de Janeiro, localizado
na Ilha do Fundão, na cidade do Rio de Janeiro, abriga em seus prédios estudantes,
professores e funcionários e possuem diversas salas de aula, restaurantes, laboratórios,
bibliotecas, agências bancárias, papelarias, entre outros estabelecimentos. Todo esse
conjunto demanda uma grande quantidade de energia, e portanto o conceito V2G pode
contribuir para a redução desse consumo.
4.1 Conceituação
O projeto consiste em analisar o impacto da interação de uma frota de veículos
elétricos com a rede de distribuição do CT, que foi representada pelo modelo IEEE 13
barras presente no software OPENDSS. A interação consiste nos modos de operação
G2V e V2G, apresentados no capítulo 3. A simulação busca analisar a redução na
demanda de potência do CT utilizando a energia armazenada nos VEs durante os
períodos do dia de maior demanda.
Para analisar a característica da carga do CT foram solicitados dados de
consumo ao Escritório de Planejamento da Decania. Foram disponibilizados dados dos
meses de março de 2014 a março de 2015, foi projetada uma perspectiva da
característica da demanda para março de 2017, baseado no aumento na demanda no
período entre março de 2014 e março de 2015.
Como mencionado anteriormente para realizar a simulação foi utilizado o
software OPENDSS, que é um software aberto que realiza simulações de fluxo de
potência em regime permanente em redes de distribuição e será descrito com mais
detalhes na Seção 4.5. Para modelar a rede elétrica de distribuição do CT foi utilizado o
modelo IEEE 13 barras, que está incluindo no software OPENDSS, em que foi aplicado
o comportamento da demanda de potência do CT nas cargas presentes nesse modelo. Os
VEs foram parametrizados como um banco de baterias com as características de recarga
dos VEs utilizados.
Esta metodologia foi utilizada porque não foi possível obter o diagrama unifilar
detalhado da rede de distribuição do CT. O presente trabalho mostrará que a
38
metodologia é válida, e que para aplicação no CT bastará fazer um levantamento do
consumo de cada subestação do sistema de distribuição do CT.
O projeto apresenta três casos de simulação. O primeiro caso analisa o impacto
na rede de distribuição com 20% da frota veicular composta por VEs, o segundo caso
analisa o mesmo impacto, porém com a frota veicular composta por 20% de VHEP e o
terceiro caso é uma composição dos dois primeiros com a frota veicular composta
por20% de VEs e 15% de VHEP.
4.2 Curvas de demanda de potência do CT
As curvas de demanda de potência foram produzidas no software Excel
realizando uma média da demanda de potência diária de cada mês, e as curvas são
apresentadas nas figuras 23 e 24.
39
Figura 23- Curvas de demanda média entre os meses de mar/2014 a out/2014
40
Figura 24- Curvas de demanda média entre os meses de nov/2014 a mar/2015
Analisando-se esse período de um ano, a curva do consumo médio de março de
2015 aumentou em relação ao consumo médio de março de 2014 aproximadamente
16,7%. Como março é um dos meses com maior demanda de potência do ano, como
pode ser observado nas figuras 23 e 24, o comportamento da carga na simulação
utilizará a curva de demanda do mês de março.
Para a realização da projeção de uma curva de demanda para o mês de março de
2017, que seria uma projeção recente, foi considerado que o aumento na demanda
ocorrido entre os meses de março de 2014 e março de 2015 se manteve constante entre
os períodos de 2016 e 2017. Baseado nessa hipótese o mês de março de 2017 teria um
aumento de aproximadamente 33,4% em relação ao mês de março de 2015. Com isso, a
41
curva projetada de consumo médio para março de 2017 foi elaborada e é mostrada na
figura 25.
Figura 25- Curva de consumo médio projetada para o mês de março/2017
4.3 Rede de distribuição elétrica do CT
Devido à falta de informações sobre os parâmetros das linhas, dos
transformadores e das cargas da rede de distribuição do CT, foi utilizado na simulação o
modelo de rede IEEE 13 barras. Esse modelo está presente na biblioteca do OPENDSS,
para realizar a equivalência entre o as redes, foi utilizado o comando “LoadShape” do
OPENDSS para moldar o comportamento das cargas presentes no modelo IEEE 13
barras de acordo com a curva da média de demanda de potência diária de março/2017.
O código está presente no Anexo 1.
4.4 Veículos elétricos utilizados na simulação
Como mencionado na seção 4.1 o projeto consiste na simulação de três casos,
20% da frota veicular composta por VE, 20% da frota veicular composta por VHEP e
35% da frota veicular composta por 20% de VE e 15% VHEP. Os modelos de veículos
que serão utilizados no projeto são o Nissan Leaf, que é um modelo de veículo elétrico à
bateria. O outro modelo de veículo elétrico é o Mitsubishi Outlander PHEV, que é um
modelo de veículo elétrico híbrido que permite o carregamento da bateria através de um
conector, sendo que esse modelo de veículo já está disponível no mercado brasileiro.
42
Ambos os veículos utilizam bateria do tipo Íon de Lítio, pelas vantagens apresentadas
na seção 2.9.1 deste trabalho.
Figura 26- Modelo elétrico VEB Nissan Leaf [43]
Tabela 6- Especificações da bateria e do carregamento do Nissan Leaf[44].
Figura 27- Modelo híbrido VHEP Mitsubishi Outlander PHEV [45]
43
Tabela 7- Especificações da bateria e do carregamento do Mitsubishi Outlander PHEV
(elaboração própria baseado em [45]).
4.5 O software OPENDSS
O OPENDSS é um software livre (open source) que pode ser utilizado e
modificado por qualquer usuário sem nenhum tipo de ônus ou obrigação para com o
desenvolvedor e seu desenvolvimento iniciou-se em 1997 na ElectrotekConcepts Inc.
por Roger Dungan e Thomas McDernott. Em 2004 o OPENDSS foi comprado pela
EPRI Solutions e em 2008 tornou-se um programa livre, a fim de se somar a outros
esforços para as modernizações na área de Rede Inteligente. O OPENDSS é utilizado
em todo tipo de análise em regime permanente em sistemas de distribuição [46].
O OPENDSS possui uma linguagem simples de programação com orientação a
objeto, o desenvolvimento do circuito da rede de distribuição é feito por linhas de
código, que podem ser executadas separadamente com o comando Do Select. As
simulações possuem modos de operação pontuais, diários e anuais e existem vários
elementos de sistemas de potência definidos por parâmetros específicos.
O OPENDSS foi escolhido pela sua linguagem simples de programação, por ser
um software gratuito e de fácil acesso e por conter modelos padrões IEEE de rede de
distribuição como mencionado na seção 4.3. Além disso, permite estabelecer uma
alternativa para o tradicional software ANAREDE.
As simulações realizadas serão no modo de operação diário com a curva de
demanda projetada para o mês de março de 2017, e os VEs foram modelados como um
sistema de armazenamento ligado a um barramento. Serão obtidas as curvas de
demanda, potência e tensão de fase no barramento da carga para os casos 1, 2 e 3.
44
4.6 A simulação
Nas especificações técnicas presentes nos dois modelos de veículos elétricos
[43] e [45], a autonomia elétrica do Nissan Leaf no pior rendimento é de 100km, ou
seja, o veículo com um SoC de 100% pode realizar um trajeto de 100km, a autonomia
elétrica do Mitsubishi Outlander é de 52km, ou seja, este veículo operando apenas com
o motor elétrico com um SoC de 100% pode realizar um trajeto de 52km.
Para a simulação, algumas considerações foram feitas:
i) Distância média que os condutores dos veículos elétricos realizam até chegarem no
Centro de tecnologia. Esse dado é importante para ter o valor médio do SoC das baterias
dos veículos elétrico ao chegarem no CT.
ii) O número de veículos que compõem a frota que chega ao CT será considerado de
1000 veículos.
iii) O objetivo da simulação é analisar os modos de operações G2V e V2G com o intuito
do veículo elétrico agir como fornecedor de energia para a rede de distribuição do CT
nos momentos de alta demanda.
iv) O proprietário do veículo elétrico e a Universidade não vão ter ônus nos processos
de G2V e V2G, será considerado que o proprietário saia com seu veículo elétrico da
residência com SoC em 100% e que quando chegar ao CT carregue o veículo até o
mesmo atingir novamente o SoC em 100%, e no processo de V2G o veículo elétrico irá
devolver a energia armazenada no processo G2V;
Baseado na referência [47], em que foram pesquisadas as localidades onde
residem os proprietários de veículos que chegam no CT, foi calculada a distância média,
que ficou aproximadamente em 20,3km, e com essa informação é possível calcular o
SoC das baterias dos veículos elétricos que chegam no CT.
A autonomia elétrica do Nissan Leaf é de 100km com uma bateria com
capacidade de 24kWh [43], o que significa que em condições normais de direção, o
Nissan Leaf consegue atingir uma faixa de aproximadamente 4,17km/kWh. Para uma
45
distância média de 20,3km, é possível calcular o quanto de energia foi gasto na bateria,
por meio da Equação (3)
𝐸𝑔 =20,3𝑘𝑚
4,17𝑘𝑚/𝑘𝑊ℎ= 4,87 𝑘𝑊ℎ (3)
𝑆𝑜𝑐(%) =(24𝑘𝑊ℎ − 4,87𝑘𝑊ℎ)
24𝑘𝑊ℎ= 0,797 = 79,7% (4)
A energia gasta no trajeto pelo Nissan Leaf representada por Eg foi de 4,87kWh,
portanto o VEB chega ao CT com o SoC de 79,7%, como calculado na Equação (4).
Esses dados serão utilizados na simulação.
A autonomia elétrica do Mitsubishi Outlander PHEV é de 52km com uma
bateria com capacidade 12kWh [45], o que significa que em condições normais de
direção o Mitsubishi Outlander PHEV desenvolve aproximadamente 4,33km/kWh. Para
uma distância média de 20,3km, é possível calcular o quanto de energia foi gasta
durante o trajeto por meio da Equação (5) e o SoC por meio da Equação (6).
𝐸𝑔 =20,3𝑘𝑚
4,33𝑘𝑚/𝑘𝑊ℎ= 4,69𝑘𝑊ℎ (5)
𝑆𝑜𝐶(%) =12𝑘𝑊ℎ − 4,69𝑘𝑊ℎ
12𝑘𝑊ℎ= 0,609 = 60,9% (6)
4.6.1 Caso 1
Como mencionado nas seções anteriores o caso 1 é quando 20% da frota
veicular do CT é composta por VE do modelo Nissan Leaf. Como foi calculado
anteriormente, os veículos Nissan Leaf chegaram à Cidade Universitária da Ilha do
Fundão com o SoC de aproximadamente 80% e a partir deste dado será calculado o
tempo necessário para o VEB atingir o SoC de 100%.
𝑡𝑔2𝑣 =4,87𝑘𝑊ℎ
3,6𝑘𝑊= 1,35 ℎ = 1h20 min(7)
46
O tg2v representa o tempo de operação G2V para a bateria do VE atingir um
SoC de 100%. O tempo de operação V2G será o mesmo, porque o VE só poderá
fornecer à rede a energia armazenada durante o processo G2V. De acordo com uma das
condições estabelecidas, o proprietário do VE sairá do Centro de Tecnologia com o
mesmo SoC da bateria com que chegou.
O horário para operação G2V será das 8:00 às 10:00 horas, porque é o tempo
necessário da frota veicular elétrica carregar e poder realizar a operação V2G nos
horários de maior demanda, que ocorrem no período de 11:00 às 15:00 horas.
Na figura 28 é mostrada a curva de demanda de potência obtida no software
OPENDSS sem a presença dos VEs. Na figura 29 é apresentada a curva de tensão de
fase no barramento da carga sem a presença da frota veicular elétrica.
Figura 28- Curva de demanda de potência no OPENDSS sem a frota de VEs
47
Figura 29- Tensão de fase no barramento da carga sem a frota de VEs
Na figura 28 o valor de maior demanda na média do consumo diário de março de
2017 é de 5576,03kW, e a faixa de operação V2G será no horário entre 11:00 às 15:00
horas.
A estratégia de carga e descarga dos VEs foi estruturada e é apresentada na
Tabela 8.
Tabela 8- Estratégia para os modos de operação G2V e V2G para o caso 1 (elaboração
própria).
Com essa estratégia cada VE está em interação com a rede de distribuição
durante 1h e 20min como calculado na equação 16.No processo G2V os VEs foram
48
divididos em dois grupos de 100 veículos para evitar um pico de demanda durante o
carregamento e no processo V2G os VEs foram separados em três grupos para poderem
disponibilizar energia durante o período de maior demanda. A curva da demanda de
potência com 20% da frota composta por VEs é mostrada na figura 30.
Figura 30- Curva de demanda de potência para o caso 1
Na figura 30 a demanda máxima diminuiu do valor de 5576,03kW para
5526,82kW, porém no período de operação G2V houve um aumento da demanda
comparado com a situação sem a presença de VEs. A estratégia de operação conseguiu
reduzir a demanda em 49,21kW.
Na figura 31 é mostrada a curva de tensão de fase no barramento da carga para o
caso 1.
49
Figura 31- Tensão de fase no barramento da carga para o caso 1
Na figura 31 pode-se observar que a queda de tensão foi menos acentuada que
na situação sem a presença de VEs.
4.6.2 Caso 2
Como descrito anteriormente o caso 2 terá 20% da frota veicular do CT
composta por VHEP do modelo Mitsubishi Outlander PHEV.O procedimento será
idêntico ao caso 1, ou seja, será calculado o tempo necessário de recarga do veículo para
que o SoC da bateria chegue aos 100%, sendo desenvolvida uma estratégia para os
modos de operação G2V e V2G.
𝑡𝑔2𝑣 =4,69𝑘𝑊ℎ
2,4𝑘𝑊= 1,95 ℎ = ~ 2,0 ℎ (8)
Como calculado na Equação (8), os VHEPs irão precisar de 2 horas para
carregarem até suas baterias atingirem o SoC de 100%, sendo que o tempo de operação
V2G será o mesmo tempo de operação G2V. A estratégia de operação para o G2V e
V2G é apresentada na tabela 9.
50
Tabela 9- Estratégia para os modos de operação G2V e V2G para o caso 2
Na figura 32 é apresentada curva de demanda de potência para o caso 2.
Figura 32- Curva de demanda de potência para o caso 2
Para o caso 2 representado na figura 32 a demanda máxima foi de
5526,32kW, e na situação sem a presença de VEs, a demanda máxima foi de
5576,03kW. Logo, a redução no pico de demanda foi de 49,71kW. A redução no pico
de demanda no caso 2 foi próxima ao caso 1, porém no caso 2 a demanda durante o
processo G2V foi maior do que a do caso 1.
51
Figura 33- Tensão de fase no barramento da carga para o caso-2
Na figura 33 a curva de tensão de fase no barramento da carga foi muito próxima
da curva de tensão para o caso 1 representado na figura 31. Pode-se observar que a
curva de tensão é análoga à curva de demanda de potência, quanto maior a demanda,
maior será a queda de tensão no barramento, portanto durante a operação V2G a queda
de tensão é menor.
4.6.3 Caso 3
O caso 3 é a simulação para 20% deVEs e 15% de VHEPs.Os tempos
necessários de carregamento dos VEs já foram calculados nas equações 16 e 17, os
modelos de VEs serão os mesmos que nos casos 1 e 2, Nissan Leaf e Mitsubishi
Outlander PHEV. A estratégia de operação G2V e V2G é apresentada na Tabela 10.
52
Tabela 10- Estratégia para operação G2V e V2G para o caso 3 (elaboração própria).
Na figura 34 é apresentada a curva de demanda de potência para o caso 3.
Figura 34- Curva de demanda de potência para o caso 3
Na figura 34, durante a operação V2G o valor de demanda máxima foi reduzido
para 5489,01 kW. Comparado com a situação sem a presença de VEs, cuja demanda
máxima foi de 5576,03kW, a redução foi de 87,02kW. Porém, durante a operação G2V
foi atingido um valor de 5703,52kW de demanda, valor este maior do que o valor de
demanda máxima para a situação sem a presença de VEs.
53
Figura 35- Tensão de fase na fonte de alimentação da Light no caso 3
Na figura 35, durante a operação V2G, o valor da tensão ficou próximo a 0,994
pu; porém durante a operação G2V a tensão atingiu o valor de 0,993pu, uma queda
maior do que nos casos 1 e 2 e na situação sem a presença de VEs.
4.7 Considerações finais sobre o projeto
Na figura 36 são mostradas as curvas de demanda de potência para os três casos
e para a situação sem a presença da frota de VEs em um mesmo gráfico.
54
Figura 36- As curvas de demanda de potência apresentadas em um mesmo gráfico
Na figura 36 é possível visualizar os picos de demanda ocorridos durante a
operação G2V e a redução no consumo durante a operação V2G.
De acordo com os resultados apresentados nas figuras 30 a 35, 20% da frota
veicular composta por VEs reduziu o pico de demanda em aproximadamente 49kW para
os casos 1 e 2, a economia no consumo representada por esse valor tem que compensar
o investimento na infraestrutura necessária para um ponto de carregamento que permita
a operação G2V e V2G para o projeto ser viável. No caso 3 a redução foi de
aproximadamente 89kW com 35% da frota veicular composta por VEs, porém durante o
processo G2V foi registrado um pico de demanda maior que na situação sem a presença
de VEs, portanto além de analisar a economia na redução do consumo com o
investimento em infraestrutura, é necessário estudar a possibilidade da interação dos
VEs com as fontes de geração fotovoltaica presentes no CT, para que o carregamento
dos VEs seja feito pelas fontes fotovoltaicas evitando o pico de consumo durante a
operação G2V.
55
CAPÍTULO 5: CONCLUSÃO
Os resultados obtidos na simulação mostram a necessidade de uma estratégia de
operação, que defina os horários para a operação G2V e para a operação V2G. A
duração de cada operação depende do critério estabelecido pelo proprietário do VE, por
exemplo o SoC da bateria após a operação V2G. Na simulação foi estabelecido que o
VE ficaria com o mesmo SoC com que chegou ao CT após a interação com a rede
elétrica ter sido feita, tal critério não contribuiu para uma redução significativa no
consumo, uma solução é estabelecer um incentivo baseado nas equações apresentadas
na seção3.3, motivando o proprietário do VE a disponibilizar mais energia durante a
operação V2G.
Uma frota de 200 VEs reduziu o consumo em aproximadamente 49kW e uma
frota de 350 VEs reduziu o consumo em aproximadamente 89kW, esses valores podem
não compensar o investimento feito na infraestrutura de um ponto de abastecimento que
permita a bidirecionalidade do fluxo de potência. Uma frota com mais VEs reduziria
ainda mais o consumo, porém necessitaria de uma infraestrutura maior de recarga, uma
análise econômica seria útil para saber o número exato de VEs que causariam uma
economia no gasto de energia elétrica que compensaria os custos para a instalação de
um ponto de recarga.
Durante a operação G2V houve picos de demanda de potência, essa situação é
indesejável, pois pode ocasionar a interrupção de energia do CT.Uma solução para
evitar essa situação é realizar a interação entre a frota de VEs e as fontes de geração
fotovoltaicas presentes no CT. Com isso a energia necessária para a operação G2V seria
fornecida pela geração fotovoltaica, evitando um pico de demanda na rede de
distribuição do CT.
5.1 Sugestões para trabalhos futuros
A partir dos estudos realizados nesse projeto temas para trabalhos futuros podem
surgir. A interação de uma frota de VEs com fontes renováveis de energia, os VEs
atuariam como armazenadores de energia durante os períodos de pico de geração de
energia das fontes renováveis, disponibilizando essa energia nos horários de pico de
demanda.
56
Realizar um estudo sobre os custos, características técnicas e arranjo dos
equipamentos necessários para estruturação de um posto de abastecimento de VEs no
CT que permita a bidirecionalidade do fluxo de potência.
Fazer uma análise econômica sobre a viabilidade da instalação de uma
infraestrutura de recarga de VEs com a redução do consumo causado pelo processo
V2G, analisar a quantidade mínima de VEs necessários para a viabilidade da instalação.
Utilizar o software OPENDSS para simular os modos de operação V2G e G2V
de uma frota de VEs de modelos diferentes dos utilizados no presente projeto e com
parâmetros dos transformadores, das linhas e das cargas da rede de distribuição do CT.
57
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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http://www12.senado.leg.br/ecidadania/visualizacaomateria?id=118247-Acessado em 16 de
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[6]Sobre a ABVE, disponível em http://www.abve.org.br/quem-somos-Acessado em 16
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inteligentes: contexto nacional. Brasília: Tatiana de Carvalho Pires, 2012.
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[9]IEA (2016) Key ElectricityTrends, disponível em
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[13]ENEL, Projeto Cidade Inteligente de Búzios, disponível em
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60
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http://www2.aneel.gov.br/arquivos/HTML/fique_dentro_bip_ago_2015.html-Acessado
em 23 de janeiro de 2017 às 17h15min.
[26]Notícia sobre o posto de recarga rápida na USP, disponível em
http://g1.globo.com/carros/noticia/2012/10/sp-recebe-primeiro-posto-de-carga-rapida-
para-carro-eletrico-do-pais.html-Acessado em 24 de janeiro de 2017 às 8h25min.
[27]PINHO, João Tavares; GALDINO, Marco A. Manual de engenharia para sistemas
fotovoltaicos. Rio de Janeiro: Cepel-Cresesb, 2014.
[28]Aumento do número das vendas de carros elétricos no Brasil divulgado pela ABVE,
disponível em http://www.abve.org.br/noticias/carros-eletricos-ja-correpondem-a-19-
das-vendas-Acessado no dia 28 de janeiro de 2017 às 20h.
[29]MONTEIRO, Vítor; PINTO, J. G.; AFONSO, João Luiz. Operation modes for the
electric vehicle in smart grids and smart homes: present and proposed modes. IEEE
TransactionsonVehicular Technology, v. 65, n. 3, p. 1007-1020, 2016.
[30] PEREIRA, Windson Braga; PERES, Luiz Artur Pecorelli; PESSANHA, José
Francisco Moreira. MODELO DE SIMULAÇÃO ESTOCÁSTICA DA RECARGA DE
VEÍCULOS ELÉTRICOS EM REDES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA. Blucher
Marine EngineeringProceedings, v. 2, n. 1, p. 715-726, 2016.
[31] LOPES, João A. Peças; SOARES, Filipe Joel; ALMEIDA, Pedro M. Rocha.
Integration of electric vehicles in the electric power system. Proceedings of the IEEE,
v. 99, n. 1, p. 168-183, 2011.
[32] MONTEIRO, Vítor et al. A flexible infrastructure for dynamic power control of
electric vehicle battery chargers. IEEE Transactions on Vehicular Technology, v. 65,
n. 6, p. 4535-4547, 2016.
61
[33] MONTEIRO, Vítor et al. Assessment of a battery charger for electric vehicles with
reactive power control. In: IECON 2012-38th Annual Conference on IEEE
Industrial Electronics Society. IEEE, 2012. p. 5142-5147.
[34] MONTEIRO, Vítor et al. Improved vehicle-to-home (iV2H) operation mode:
experimental analysis of the electric vehicle as off-line UPS. IEEE Transactions on
Smart Grid, 2016.
[35] PINTO, J. G. et al. Bidirectional battery charger with grid-to-vehicle, vehicle-to-
grid and vehicle-to-home technologies. In: Industrial Electronics Society, IECON
2013-39th Annual Conference of the IEEE. IEEE, 2013. p. 5934-5939.
[36]SCHIER, Juliano et al. Análise comparativa de metodologias de alocação de
serviços anciliares de reserva em mercados de energia elétrica. Dissertação de
Mestrado, UFSC, 2007. Disp0onível em
https://repositorio.ufsc.br/bitstream/handle/123456789/90424/246963.pdf?sequence=1
Consultado em 01 de março de 2017 às 14h15min.
[37]ONS, Submódulo 14.1- Procedimentos de Rede, disponível em
http://apps05.ons.org.br/procedimentorede/procedimento_rede/procedimento_rede.aspx-
Acessado em 25 de janeiro de 2017 às 9h.
[38] ANEEL, resolução sobre serviços anciliares, disponível em
http://www.ons.org.br/download/resolucoes_aneel/bres2003265.pdf/ Acessado em 25
de janeiro de 2017 às 10h10min.
[39]TOMIĆ, Jasna; KEMPTON, Willett. Using fleets of electric-drive vehicles for grid
support. Journalof Power Sources, v. 168, n. 2, p. 459-468, 2007.
[40] Fundo Verde,projeto de instalação de medidores inteligentes realizado, disponível
em http://www.fundoverde.ufrj.br/index.php/pt/projetos/projetos-fundo-
verde/energia/instalacao-de-medidores-inteligentes-nas-subestacoes-de-energia-nos-
blocos-do-centro-de-tecnologia. Acessado no dia 29 de janeiro de 2017 às 14h.
62
[41]Especificações do equipamento IHP, disponível em http://www.schneider-
electric.com/products/br/bz/1200-sistema-de-gerenciamento-predial/1250-
gerenciamento-de-tempo-iluminacao/846-ihp/. Acessado no dia 28 de janeiro de 2017
às 15h20min.
[42]PINTO, J. G. et al. Onboard reconfigurable battery charger for electric vehicles with
traction-to-auxiliary mode. IEEE TransactionsonVehicular Technology, v. 63, n. 3,
p. 1104-1116, 2014.
[43]Especificações técnicas do Nissan Leaf, disponível em
https://www.nissan.pt/veiculos/novos-veiculos/leaf.html- Acessado em 3 de fevereiro de
2017 às 13h45min.
[44]Dados da bateria e do carregamento do Nissan Leaf, disponível em
https://media.nissan.eu/content/dam/services/PT/CONSUMPTION/LEAF-PT.pdf-
Acessado em 3 de fevereiro de 2017 às 15h.
[45]Especificações técnicas do Mitsubishi Outlander PHEV, disponível em
http://www.mitsubishi-motors.pt/outlander-phev-my16/#!especificações/tech-spec/2-0-
litre-4wd-mivec-plug-in-hybrid- Acessado em 3 de fevereiro de 2017 às 16h30min.
[46]SILVA JUNIOR, Sillas Batista da et al. Análise de operação de sistemas de
distribuição utilizando o OpenDSS. Trabalho de Conclusão de Curso.
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO, 2010.
[47]DO VALLE, Helena Bento Martins. Aplicação do conceito vehicle-to-grid para
nivelamento de carga e suprimento de pico de demanda. Trabalho de Conclusão de
Curso,Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2015.
63
ANEXO 1
LINHA DE CÓDIGO DO MODELO DE REDE IEEE 13 BARRAS
Será apresentado no Apêndice A, a linha de código referente ao modelo IEEE 13
Barras, que foi utilizado na simulação para representar a rede de distribuição do Centro
de Tecnologia da UFRJ.
O comando LoadShape modelou a carga do modelo IEEE 13 barras segundo as
características do comportamento da demanda de potência do mês de março de 2017
apresentado na figura 25.
Clear
//Dados da fonte de alimentação do circuito
new circuit.IEEE13Nodeckt
~ basekv=115 pu=1.0001 phases=3 bus1=SourceBus
~ Angle=30! advance angle 30 deg so result agree with published angle
~ MVAsc3=20000 MVASC1=21000 ! stiffen the source to approximate inf source
//Parâmetros dos transformadores
New Transformer.SubPhases=3 Windings=2 XHL=(8 1000 /)
~ wdg=1 bus=SourceBus conn=delta kv=115 kva=5000 %r=(.5 1000 /) XHT=4
~ wdg=2 bus=650 conn=wye kv=4.16 kva=5000 %r=(.5 1000 /) XLT=4
New Transformer.Reg1 phases=1 XHL=0.01 kVAs=[1666 1666]
~ Buses=[650.1 RG60.1] kVs=[2.4 2.4] %LoadLoss=0.01
new regcontrol.Reg1 transformer=Reg1 winding=2 vreg=122 band=2 ptratio=20
ctprim=700 R=3 X=9
New Transformer.Reg2 phases=1 XHL=0.01 kVAs=[1666 1666]
~ Buses=[650.2 RG60.2] kVs=[2.4 2.4] %LoadLoss=0.01
new regcontrol.Reg2 transformer=Reg2 winding=2 vreg=122 band=2 ptratio=20
ctprim=700 R=3 X=9
64
New Transformer.Reg3 phases=1 XHL=0.01 kVAs=[1666 1666]
~ Buses=[650.3 RG60.3] kVs=[2.4 2.4] %LoadLoss=0.01
new regcontrol.Reg3 transformer=Reg3 winding=2 vreg=122 band=2 ptratio=20
ctprim=700 R=3 X=9
!TRANSFORMER DEFINITION
New Transformer.XFM1 Phases=3 Windings=2 XHL=2
~ wdg=1 bus=633 conn=Wye kv=4.16 kva=500 %r=.55 XHT=1
~ wdg=2 bus=634 conn=Wye kv=0.480 kva=500 %r=.55 XLT=1
//Parâmetros da linha
!LINE CODES
!redirectIEEELineCodes.dss
// these are local matrix line codes
// corrected 9-14-2011
New linecode.mtx601 nphases=3 BaseFreq=60
~ rmatrix = (0.3465 | 0.1560 0.3375 | 0.1580 0.1535 0.3414 )
~ xmatrix = (1.0179 | 0.5017 1.0478 | 0.4236 0.3849 1.0348 )
~ units=mi
New linecode.mtx602 nphases=3 BaseFreq=60
~ rmatrix = (0.7526 | 0.1580 0.7475 | 0.1560 0.1535 0.7436 )
~ xmatrix = (1.1814 | 0.4236 1.1983 | 0.5017 0.3849 1.2112 )
~ units=mi
New linecode.mtx603 nphases=2 BaseFreq=60
~ rmatrix = (1.3238 | 0.2066 1.3294 )
~ xmatrix = (1.3569 | 0.4591 1.3471 )
~ units=mi
New linecode.mtx604 nphases=2 BaseFreq=60
~ rmatrix = (1.3238 | 0.2066 1.3294 )
~ xmatrix = (1.3569 | 0.4591 1.3471 )
~ units=mi
New linecode.mtx605 nphases=1 BaseFreq=60
65
~ rmatrix = (1.3292 )
~ xmatrix = (1.3475 )
~ units=mi
!/*********** Original 606 Linecode *********************
!You have to use this to match Kersting's results:
New linecode.mtx606 nphases=3 BaseFreq=60
~ rmatrix = (0.7982 | 0.3192 0.7891 | 0.2849 0.3192 0.7982 )
~ xmatrix = (0.4463 | 0.0328 0.4041 | -0.0143 0.0328 0.4463 )
~ Cmatrix = [257 | 0 257 | 0 0 257] ! <--- This is too low by 1.5
~ units=mi
!Corrected mtx606 Feb 3 2016 by RDugan
!The new LineCode.606 is computed using the following CN cable definition and
!LineGeometry definition:
!New CNDATA.250_1/3 k=13 DiaStrand=0.064 Rstrand=2.816666667 epsR=2.3
!~ InsLayer=0.220 DiaIns=1.06 DiaCable=1.16 Rac=0.076705 GMRac=0.20568
diam=0.573
!~ Runits=kftRadunits=in GMRunits=in
!New LineGeometry.606 nconds=3 nphases=3 units=ft
!~ cond=1 cncable=250_1/3 x=-0.5 h= -4
!~ cond=2 cncable=250_1/3 x=0 h= -4
!~ cond=3 cncable=250_1/3 x=0.5 h= -4
!****End Comment******/
New Linecode.mtx606 nphases=3 Units=mi
~ Rmatrix=[0.791721 |0.318476 0.781649 |0.28345 0.318476 0.791721 ]
~ Xmatrix=[0.438352 |0.0276838 0.396697 |-0.0184204 0.0276838 0.438352 ]
66
~ Cmatrix=[383.948 |0 383.948 |0 0 383.948 ]
New linecode.mtx607 nphases=1 BaseFreq=60
~ rmatrix = (1.3425 )
~ xmatrix = (0.5124 )
~ cmatrix = [236]
~ units=mi
// Comando utilizado para implementar o comportamento da carga do CT/UFRJ
// Os valores estão em pu de uma base de 5576,03kW
New LoadShape.Semananpts=24 interval=1
~ mult=(0.25 0.25 0.25 0.247 0.246 0.247 0.267 0.43 0.584 0.762 0.89 0.962 0.97 0.972
1 0.979 0.9 0.56 0.46 0.369 0.339 0.30 0.275 0.26)
// Curvas que definem o processo V2G dos dois modelos de VEs
New LoadShape.VEBnpts=24 interval=1
~ mult=(0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33 0 0 0 0 0 0 0 0 0)
New LoadShape.VHEPnpts=24 interval=1
~ mult=(0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0 0 0 0 0 0 0 0 0)
!LOAD DEFINITIONS
New Load.671 Bus1=671.1.2.3 Phases=3 Conn=Delta Model=1 kV=4.16 kW=16000
kvar=660 daily=semana
New Load.634a Bus1=634.1 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=0.277 kW=160
kvar=110 daily=semana
New Load.634b Bus1=634.2 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=0.277 kW=120
kvar=90 daily=semana
New Load.634c Bus1=634.3 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=0.277 kW=120
kvar=90 daily=semana
New Load.645 Bus1=645.2 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=170
kvar=125 daily=semana
New Load.646 Bus1=646.2.3 Phases=1 Conn=Delta Model=2 kV=4.16 kW=230
kvar=132 daily=semana
67
New Load.692 Bus1=692.3.1 Phases=1 Conn=Delta Model=5 kV=4.16 kW=170
kvar=151 daily=semana
New Load.675a Bus1=675.1 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=485
kvar=190 daily=semana
New Load.675b Bus1=675.2 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=68
kvar=60 daily=semana
New Load.675c Bus1=675.3 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=290
kvar=212 daily=semana
New Load.611 Bus1=611.3 Phases=1 Conn=Wye Model=5 kV=2.4 kW=170
kvar=80 daily=semana
New Load.652 Bus1=652.1 Phases=1 Conn=Wye Model=2 kV=2.4 kW=128
kvar=86 daily=semana
New Load.670a Bus1=670.1 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=17
kvar=10 daily=semana
New Load.670b Bus1=670.2 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=66
kvar=38 daily=semana
New Load.670c Bus1=670.3 Phases=1 Conn=Wye Model=1 kV=2.4 kW=117
kvar=68 daily=semana
!CAPACITOR DEFINITIONS
New Capacitor.Cap1 Bus1=675 phases=3 kVAR=600 kV=4.16
New Capacitor.Cap2 Bus1=611.3 phases=1 kVAR=100 kV=2.4
// Os VEs foram conectados no Barramento 670
// As curvas de tensão de fase foram obtidas do Barramento 670
!Bus 670 is the concentrated point load of the distributed load on line 632 to 671 located
at 1/3 the distance from node 632
68
//Parâmetros da Linha
!LINE DEFINITIONS
New Line.650632 Phases=3 Bus1=RG60.1.2.3 Bus2=632.1.2.3 LineCode=mtx601
Length=2000 units=ft
New Line.632670 Phases=3 Bus1=632.1.2.3 Bus2=670.1.2.3 LineCode=mtx601
Length=667 units=ft
New Line.670671 Phases=3 Bus1=670.1.2.3 Bus2=671.1.2.3 LineCode=mtx601
Length=1333 units=ft
New Line.671680 Phases=3 Bus1=671.1.2.3 Bus2=680.1.2.3 LineCode=mtx601
Length=1000 units=ft
New Line.632633 Phases=3 Bus1=632.1.2.3 Bus2=633.1.2.3 LineCode=mtx602
Length=500 units=ft
New Line.632645 Phases=2 Bus1=632.3.2 Bus2=645.3.2 LineCode=mtx603
Length=500 units=ft
New Line.645646 Phases=2 Bus1=645.3.2 Bus2=646.3.2 LineCode=mtx603
Length=300 units=ft
New Line.692675 Phases=3 Bus1=692.1.2.3 Bus2=675.1.2.3 LineCode=mtx606
Length=500 units=ft
New Line.671684 Phases=2 Bus1=671.1.3 Bus2=684.1.3 LineCode=mtx604
Length=300 units=ft
New Line.684611 Phases=1 Bus1=684.3 Bus2=611.3 LineCode=mtx605
Length=300 units=ft
New Line.684652 Phases=1 Bus1=684.1 Bus2=652.1 LineCode=mtx607
Length=800 units=ft
//Parâmetros dos VEs, eles foram modelados no software como um sistema de
armazenamento de energia
New Storage.BatteryVeb phases=3 Bus1=670 kV=4.16 kwrated=720 kwhrated=4800
dispmode=follow daily=VEB
New Storage.BatteryVhep phases=3 Bus1=670 kV=4.16 kwrated=480 kwhrated=2400
dispmode=follow daily=VHEP
69
//Monitores utilizados para gerarem os gráficos de potência e tensão
New monitor.load_voltage element=Load.671 terminal=1 mode=0
New monitor.line_power element=Line.650632 terminal=1 mode=1 ppolar=no
New Line.671692 Phases=3 Bus1=671 Bus2=692 Switch=y r1=1e-4 r0=1e-4
x1=0.000 x0=0.000 c1=0.000 c0=0.000
//Modo para simulação diária
Set mode=daily
Set stepsize=1h
Set number=24
Solve
