Impacto Da Microgeração Na Qualidade Da Energia

o

Isa

IMPACTO DA MICROGERAO NA QUALIDADE DE

ENERGIA DE UMA REDE DE BAIXA TENSO

Ricardo Manuel Adriano de Sousa

Dissertao para obteno do Grau de Mestre em

Engenharia Electrotcnica e de Computadores

Jri

Presidente: Professor Doutor Paulo Jos da Costa Branco

Orientador: Professora Doutora Snia Maria Paulo Ferreira Pinto

Co-orientador: Professor Doutor Jos Fernando Alves da Silva

Acompanhante: Engenheiro Jos Manuel Ferreira Pinto

Vogal: Professor Doutor Joo Jos Esteves Santana

Outubro de 2009

ii

Resumo

O objectivo deste trabalho estudar o impacto da microgerao na qualidade de energia de uma

rede elctrica de Baixa Tenso (BT). Nesse sentido, recorrendo PowerSystem toolbox do

Matlab/Simulink, desenvolveu-se um modelo de uma rede de baixa tenso que compreende uma

alimentao em Mdia Tenso (MT), um transformador MT/BT, os modelos das linhas de distribuio,

vrios tipos de cargas e os modelos dos microgeradores monofsicos e trifsicos.

Na construo do modelo da rede BT faz-se o dimensionamento de cada um destes

componentes, recorrendo a dados fornecidos pelos fabricantes e a medies efectuadas para diversos

tipos de carga, de forma a obter comportamentos coerentes com os observados numa rede real.

Com base no modelo construdo so estudados vrios cenrios de carga, com e sem

microgerao, considerando a harmnica mais significativa da mdia tenso (5 harmnica), e

admitindo que a tenso de sada do transformador igual tenso nominal ou est 5% acima desse

valor.

Os ensaios realizados com o modelo desenvolvido, permitem avaliar o impacto da microgerao

numa rede de baixa tenso, nomeadamente na Taxa de Distoro Harmnica (TDH) e no Factor de

Potncia.

Palavras-chave: Qualidade de Energia Elctrica (QEE), Microgerao, Rede de Baixa Tenso,

Modelos das Cargas Elctricas, Taxa de Distoro Harmnica.

iv

ndice

Agradecimentos ................................................................................................................................. i

Resumo ............................................................................................................................................. ii

Abstract ............................................................................................................................................ iii

Lista de smbolos e variveis ............................................................................................................ vi

1 Introduo .............................................................................................................................. 1

1.1 Objectivos ........................................................................................................................... 3

1.2 Estrutura do relatrio ......................................................................................................... 3

2 Modelo da Rede BT ................................................................................................................ 5

2.1 Parmetros de QEE a analisar ............................................................................................ 5

2.2 Mdia tenso ..................................................................................................................... 6

2.3 Transformador MT/BT........................................................................................................ 7

2.4 Modelo dos cabos da rede elctrica de baixa tenso ........................................................ 8

2.5 Cargas lineares ................................................................................................................. 12

2.5.1 Cargas resistivas ...................................................................................................... 13

2.5.2 Cargas indutivas ....................................................................................................... 13

2.6 Cargas no lineares .......................................................................................................... 15

2.6.1 Rectificador monofsico .......................................................................................... 15

2.6.2 Rectificador trifsico ................................................................................................ 21

3 Microgerao ........................................................................................................................ 24

3.1 Inversor monofsico ......................................................................................................... 24

3.1.1 Dimensionamento do controlador de corrente ...................................................... 25

3.1.2 Sincronizao da corrente com a tenso da rede ................................................... 28

3.2 Inversor trifsico .............................................................................................................. 29

3.2.1 Dimensionamento do filtro de ligao rede ......................................................... 30

3.2.2 Dimensionamento dos controladores de corrente ................................................. 31

3.2.3 Sincronizao das correntes com as tenses da rede ............................................. 32

4 Simulao da Rede BT........................................................................................................... 35

4.1 Estrutura da rede BT sem microgerao .......................................................................... 35

4.2 Estrutura da rede BT com microgerao .......................................................................... 37

4.3 Resultados das simulaes ............................................................................................... 39

4.4 Cenrio 1 PT em vazio ................................................................................................... 40

4.5 Cenrio 2 Ponta do PT ................................................................................................... 48

v

5 Concluses ............................................................................................................................ 57

6 Bibliografia ............................................................................................................................ 59

Anexo A ........................................................................................................................................... 61

Anexo B ........................................................................................................................................... 66

Anexo C ........................................................................................................................................... 67

Anexo D ........................................................................................................................................... 69

Anexo E............................................................................................................................................ 71

Anexo F ............................................................................................................................................ 73

vi

Lista de smbolos e variveis

t Intervalo de tempo

V Variao mxima da tenso sada do rectificador

Vmx Queda de tenso mxima

Vmin Queda de tenso mnima

abc Sistema de coordenadas abc

am Mdia geomtrica das distncias entre eixos dos condutores

AT Alta Tenso

Bm Susceptncia de magnetizao

BT Baixa Tenso

C Capacidade do condensador

C(s) Compensador

CA Corrente alternada

CC Corrente contnua

CML Capacidade do condensador do rectificador da mquina de lavar

Cn_clientes Coeficiente de simultaneidade do nmero de clientes em cada sada

Cn_sadas Coeficiente de simultaneidade do nmero de sadas do PT

cos(_RL) Desfasagem entre a primeira harmnica de tenso e a da corrente no

frigorfico

CTV Capacidade do condensador do rectificador do televisor

d Dimetro da alma condutora

DGEG Direco Geral de Energia e Geologia

dq Referencial sncrono com as tenses da rede

f Frequncia fundamental

fc Frequncia de comutao dos semicondutores

FP Factor de potncia

Gm Condutncia de magnetizao

Hd Componente d da modulante

Hq Componente q da modulante

I0av Valor mdio da corrente de sada

I1 Componente fundamental da corrente

Ic Corrente da rede na fase T

Ih Componentes harmnicas da corrente

Im Corrente de magnetizao

IN Corrente nominal

Iod Componente d da corrente de sada do conversor

vii

Iodref Componente d da corrente de referncia

Ioq Componente q da corrente de sada do conversor

Ioqref Componente q da corrente de referncia

IR Corrente da rede na fase R

Iref Corrente de referncia

IS Corrente da rede na fase S

isol Espessura do isolamento do condutor

IT Corrente do condensador

Kd Ganho do conjunto modulador mais inversor

KI Ganho da corrente

L Indutncia

L_cabo Coeficiente de auto-induo aparente mdio para um condutor

L_inv1F Indutncia da bobine de ligao do inversor monofsico rede

L_inv3F Indutncia da bobine de ligao do inversor trifsico rede

LML Indutncia da bobine para o rectificador de uma mquina de lavar

LTV Indutncia da bobine para o rectificador de um televisor

MAT Muito Alta Tenso

Microgerao 1 Cenrio com potncia injectada na rede igual a 10% de Sn

Microgerao 2 Cenrio com potncia injectada na rede igual a 25% de Sn

MT Mdia Tenso

NP EN 50160 Norma Portuguesa

P Potncia activa

p ndice de pulsao

P_MT Potncia da mdia tenso

P_RL Potncia activa do frigorfico

P0 Perdas em vazio do transformador

PI Compensador Proporcional-Integral

PML Potncia da mquina de lavar

Sn Potncia nominal do transformador

PT Posto de Transformao

PTV Potncia activa do televisor

PWM Pulse Width Modulation - Modulao por Largura de Impulso

Q_RL Potncia reactiva do frigorfico

R Resistncia

r(t) Portadora

R_cabo Resistncia da alma condutora do cabo a 20C

R_inv1F Resistncia do filtro indutivo de ligao do inversor monofsico rede

R_inv3F Resistncia do filtro indutivo de ligao do inversor trifsico rede

viii

R1 Resistncia do enrolamento primrio do transformador

R2 Resistncia do enrolamento secundrio do transformador

Ri Resistncia interna da bobine

Rm Resistncia de magnetizao do transformador

RML Resistncia que simula a carga equivalente de uma mquina de lavar

Rt Resistncia total dos enrolamentos do transformador

RTV Resistncia que simula a carga equivalente de um televisor

s Dimetro do condutor mais isolamento

S_RL Potncia aparente do frigorfico

Scontratada Potncia contratada por um cliente ou conjunto de clientes

SGC Potncia consumida por um cliente ou conjunto de clientes

Sk Semicondutor k

SPT Potncia nominal do Posto de Transformao

T Perodo

Tc Perodo de comutao

Tconcordia Transformao de Concordia

Td Constante de tempo do conjunto modulador mais conversor

TDH Taxa de Distoro Harmnica

TDHi Taxa de Distoro Harmnica da corrente

TDHu Taxa de Distoro Harmnica da tenso

Tp Constante de tempo do compensador

TPark Transformao de Park

Tz Constante de tempo do compensador

U1 Componente fundamental da tenso

uc Tenso modulante

uc max Valor mximo da tenso modulante

UDC Tenso de alimentao do inversor

Uh Componentes harmnicas da tenso

Un Tenso nominal

V0av Valor mdio da tenso de sada do rectificador

Vc Tenso aos terminais do condensador

Vcc Tenso de curto-circuito

Vod Componente d da tenso de sada do conversor

Voq Componente q da tenso de sada do conversor

VR Tenso da rede na fase R

VRMS_MT Valor eficaz da mdia tenso

VS Tenso da rede na fase S

VT Tenso da rede na fase T

ix

V Componente da tenso

V Componente da tenso

X Reactncia

X1 Reactncia do enrolamento primrio do transformador

X2 Reactncia do enrolamento secundrio do transformador

Xm Reactncia de magnetizao

Xt Reactncia total dos enrolamentos do transformador

Nome do referencial

Frequncia angular

1

1 Introduo

Nos ltimos anos, a nova realidade do sector energtico e a presso econmico-ambiental tm

levado necessidade de recorrer a novas formas de produo de energia, passando pela utilizao de

pequenos geradores junto das cargas, a partir de fontes de energia renovvel. Este tipo de produo de

energia designa-se por produo distribuda ou microgerao. Na maioria dos casos esta produo

descentralizada faz uso das chamadas energias renovveis e da responsabilidade de operadores

independentes ou mesmo de consumidores finais. So geralmente designadas por fontes de energia

renovvel, as fontes de energia que possam considerar-se inesgotveis ou cujo potencial energtico se

possa renovar. So includas neste mbito: a energia elica, geotrmica, solar, energia das ondas,

energia das mars e o aproveitamento da biomassa.

Como exemplos mais comuns de sistemas de microgerao tem-se a produo de energia

elctrica, em baixa tenso, a partir de painis fotovoltaicos (energia solar) e de aerogeradores (energia

elica). Estes pertencem categoria das fontes de energia renovvel em que mais se tem apostado na

ltima dcada.

A energia solar no polui durante o seu uso e os painis solares so a cada dia mais potentes ao

mesmo tempo que o seu custo vem decrescendo, tornando esta forma de produo de energia uma

soluo cada vez mais vantajosa. Como desvantagens, a energia produzida pelos painis fotovoltaicos,

depende das condies climticas e da luz solar, o que obriga a que existam meios de armazenamento

da energia produzida durante o dia. Em relao eficincia dos painis solares, estes apresentam

rendimentos baixos quando comparados com outras fontes de energia.

A utilizao de energia elica comporta numerosas vantagens face aos outros aproveitamentos

de energias renovveis, devido ao seu maior desenvolvimento tecnolgico. Apresenta ainda a vantagem

de ser inesgotvel, no emitir gases poluentes nem gerar resduos de longa durao, alm de que os

aerogeradores no necessitam de abastecimento de combustvel e requerem escassa manuteno. Por

outro lado, os geradores elicos apresentam como desvantagens o impacto visual das turbinas e o rudo

produzido pelas mesmas.

De um modo mais genrico, a microgerao pode apresentar grandes vantagens econmicas e

tecnolgicas [www.renovaveis.tecnopt.com/], tais como:

- Reduo das perdas de energia na rede de distribuio de energia elctrica;

- Maior fiabilidade no fornecimento de electricidade aos consumidores;

- Contribuio para a diminuio da forte dependncia energtica portuguesa relativamente ao

exterior;

- Adiamento de investimentos pesados no reforo das infra-estruturas da rede;

- Melhoria do desempenho ambiental do sistema energtico no seu todo;

- Criao de maiores oportunidades para a indstria portuguesa de bens de equipamento e

componentes para o sector elctrico;

2

- Gerao de um novo cluster industrial e de servios com impacto importante na criao de

emprego e no crescimento econmico;

- Mais autonomia e poder de deciso dos consumidores individuais e das comunidades locais.

No entanto, a gerao de energia pelo prprio consumidor utilizando equipamentos de pequena

escala, nomeadamente painis solares, microturbinas, microelicas ou outro tipo de tecnologia,

naturalmente ter o seu impacto na rede de distribuio elctrica. O estudo prvio do impacto da

microgerao na qualidade de energia elctrica da rede poder minimizar as perturbaes e os custos

associados a este tipo de produo de energia.

Nas ltimas dcadas, com a evoluo do sector energtico a natureza e exigncia das cargas tem

vindo a alterar-se, gerando uma preocupao crescente com a qualidade de energia elctrica. Se no

inicio do sculo XX as cargas eram pouco poluidoras, aps a dcada de 70, o desenvolvimento e a

proliferao de sistemas electrnicos, aumentou consideravelmente a utilizao de cargas no lineares,

com consequente poluio harmnica da rede de energia elctrica. Actualmente, estima-se que em

2010 cerca de 80% de toda a energia elctrica seja consumida por cargas no-lineares [Fernando Silva,

2007].

As cargas no-lineares utilizam conversores electrnicos de potncia, geralmente rectificadores

no comandados a dodos e representam grande parte do equipamento domstico, comercial e

industrial. A nvel domstico e comercial podem ser encontradas na maioria dos electrodomsticos

(televisores, leitores/gravadores DVD, mquinas de lavar, microondas), nos computadores, impressoras,

carregadores de telemveis e UPS. A nvel industrial esses equipamentos esto presentes na maioria dos

accionamentos elctricos e variadores de velocidade.

Estas cargas, embora poluidoras da rede, tambm so, muitas vezes, mais sensveis qualidade

de energia elctrica. Nos ltimos anos, a melhoria da qualidade de energia elctrica tornou-se

fundamental para garantir a produtividade, competitividade e sustentabilidade da grande maioria das

actividades econmicas, especialmente as de tecnologia mais avanada.

Consequentemente, se at dcada de 80 a qualidade de energia era sensivelmente adequada

s necessidades dos consumidores, actualmente existe uma percepo muito diferente relativamente

ao conceito de qualidade de energia elctrica, que pode ser analisado em trs vertentes: qualidade do

produto, qualidade de servio e qualidade comercial.

De um modo genrico, as perturbaes mais comuns presentes na forma de onda de tenso so:

- Cavas de tenso;

- Sobretenses transitrias;

- Distoro harmnica;

- Tremulao (flicker);

- Variao da frequncia;

3

- Desequilbrio do sistema trifsico de tenses;

- Interrupes (curtas e longas).

Neste trabalho deu-se particular nfase distoro harmnica, uma vez que a injeco de

harmnicas de corrente na rede d origem a harmnicas de tenso e causa diversos problemas, tais

como:

- Sobreaquecimento dos cabos e transformadores;

- Destruio de condensadores;

- Binrios oscilatrios;

- Saturao de transformadores;

- Diminuio da preciso dos instrumentos de medio;

- Mau funcionamento de equipamentos electrnicos que utilizem a tenso da rede como

referncia.

Os equipamentos de microgerao no produzem formas de onda sinusoidais perfeitas e, por

isso, tambm eles so perturbadores da qualidade de energia da rede elctrica de baixa tenso,

injectando harmnicas de corrente na rede.

1.1 Objectivos

Nesta dissertao pretendem caracterizar-se algumas das perturbaes produzidas por

equipamentos de microgerao numa rede de distribuio de energia elctrica, nomeadamente a taxa

de distoro harmnica.

O objectivo principal do trabalho consiste em construir e simular um modelo de uma rede

elctrica rural de baixa tenso e comparar os resultados de ensaios, sem microgerao e com

microgerao monofsica e trifsica. Para o efeito recorre-se ferramenta Simulink, do MATLAB, no

desenvolvimento do modelo da rede de distribuio, onde se inclui o dimensionamento dos vrios

componentes da rede: transformador de mdia para baixa tenso, linhas de distribuio, cargas

lineares, no lineares e microgeradores.

Com base nos modelos desenvolvidos so avaliadas a taxa de distoro harmnica e as variaes

no valor eficaz da tenso da rede.

1.2 Estrutura do relatrio

O presente relatrio encontra-se dividido em cinco captulos.

No primeiro captulo introduzido o tema da dissertao e so definidos os objectivos da tese.

4

No segundo captulo, construdo o modelo de uma rede elctrica tipicamente rural, de baixa

tenso. dimensionado o modelo do transformador MT/BT, das linhas de distribuio e das cargas

lineares e no lineares mais representativas da rede.

No terceiro captulo so apresentados os modelos dos microgeradores monofsicos e trifsicos e

dimensionados os respectivos controladores.

No quarto captulo so descritos os diferentes cenrios criados para as simulaes do modelo.

So apresentados e discutidos os resultados de simulao obtidos nos ensaios feitos rede, em

diferentes situaes de carga, com e sem microgerao.

No quinto captulo apresentam-se as concluses gerais do trabalho.

5

2 Modelo da Rede BT

A estrutura de um sistema de energia elctrica pode ser dividida em gerao, transporte e

distribuio. A energia produzida pelas centrais elctricas entregue rede de transporte, em muito

alta tenso (MAT). Atravs de transformadores, a energia flui para as redes de distribuio em alta (AT),

mdia (MT) e baixa tenso (BT), que a distribuem pelos consumidores. As instalaes de produo de

baixa potncia de natureza descentralizada ou local fotovoltaica, elica ou cogerao so

directamente ligadas rede de baixa tenso, ou rede de distribuio.

Com o objectivo de se monitorizar as perturbaes que estas unidades introduzem numa rede de

baixa tenso, desenvolveu-se um modelo equivalente de uma rede BT em ambiente Simulink. De forma

a minimizar o peso computacional da simulao fizeram-se algumas simplificaes, agrupando

consumidores de acordo com a sua proximidade geogrfica.

O processo de construo do modelo da rede pode ser comparado ao projecto de

desenvolvimento de um laboratrio de teste de uma rede BT. Assim, fez-se o ensaio de cada uma das

cargas individualmente e o modelo final da rede BT resultou da associao dos modelos do

transformador de mdia para baixa tenso, das linhas de distribuio e das cargas previamente

dimensionadas.

A partir de dados obtidos em catlogos de fabricantes foi possvel dimensionar o transformador

MT/BT e os cabos BT. Recorrendo a medidas efectuadas com um analisador de qualidade de energia da

Fluke para diferentes tipos de cargas, foi possvel fazer o dimensionamento das cargas mais

representativas da rede BT. Desta forma obteve-se um modelo equivalente de uma rede BT recorrendo

ao PowerSystem toolbox do Simulink.

2.1 Parmetros de QEE a analisar

Com o modelo dimensionado possvel efectuar simulaes da rede e quantificar alguns

parmetros de Qualidade de Energia (QEE), nomeadamente a Taxa de Distoro Harmnica (TDHU) (2.1)

e o Factor de Potncia.

A TDH definida como sendo o quociente entre o valor eficaz (Root Mean Squared RMS) das

componentes harmnicas da tenso (Uh) e a fundamental (U1):

1

50

2

2

U

U

TDHh

h

U

2.1

As tenses harmnicas so tenses sinusoidais cujas frequncias so mltiplos inteiros da

frequncia fundamental (50 Hz) da tenso da rede. As tenses harmnicas podem ser avaliadas:

individualmente, segundo a sua amplitude relativa (Uh) em relao tenso fundamental U1, em que h

6

representa a ordem da harmnica [Norma Portuguesa EN 50160, 1995]; ou globalmente, pelo valor da

TDH.

Neste trabalho, apenas se consideram as primeiras 50 harmnicas no clculo da TDHU, uma vez

que so estas as harmnicas medidas pelos medidores de qualidade de energia.

Os factores de potncia so obtidos de (2.2) onde cos(1) representa a desfasagem entre a

primeira harmnica da tenso e a primeira harmnica da corrente e TDHI a taxa de distoro

harmnica da corrente (2.1).

2

1

1

)cos(

ITDH

FP

2.2

A avaliao dos resultados ser feita tendo em conta a norma Portuguesa EN 50160 [Norma

Portuguesa EN 50160, 1995].

2.2 Mdia tenso

Uma vez que o objectivo do trabalho avaliar o impacto da microgerao na forma de onda de

tenso da rede BT, para efeitos de simulao considerou-se um bloco de gerao, a 10KV, em MT (Tab

2.1).

Tabela 2.1 - Parmetros do gerador de mdia tenso

VRMS_MT (KV) f (Hz) P_MT (KVA)

10 50 250

Figura 2.1 Bloco do gerador de mdia tenso seguido das fontes de tenso que geram a quinta harmnica

As perturbaes existentes na baixa tenso reflectem-se na mdia tenso e algumas dessas

perturbaes devem-se presena de harmnicas na tenso da rede BT. Uma vez que o transformador

MT/BT est ligado em tringulo do lado da mdia tenso, no se considera a existncia de terceira

harmnica em MT e assume-se unicamente a existncia de 5 harmnica (que a harmnica mais

significativa em MT) [Fernando Silva, 2007]. Esta harmnica representada por um gerador de tenso

ligado em srie, com cada uma das fases (figura 2.1). Cada gerador fornece uma tenso mxima igual a

2% do valor da mdia tenso (163.3 Volt) frequncia de 250 Hz.

R

S

T

MT

A

B

C

5 harmnica

7

2.3 Transformador MT/BT

A ligao da mdia baixa tenso efectuada por um transformador de 250 KVA ligado em

tringulo-estrela com neutro solidamente ligado terra (figura 2.2). A ligao do primrio do

transformador em tringulo no permite a passagem da 3 harmnica da baixa para a mdia tenso.

Figura 2.2 Transformador de potncia

No dimensionamento do transformador necessrio calcular as resistncias e as reactncias de

disperso dos enrolamentos primrio, secundrio e de magnetizao. Dos dados do fabricante

conhecem-se as caractersticas elctricas do transformador e os resultados dos ensaios em vazio e em

curto-circuito [France Transfo] (tabela 2.2).

Tabela 2.2 Caractersticas elctricas do transformador MT/BT

Caractersticas do

transformador

Potncia (KVA) 250

Tenso MT (KV) 10

Tenso BT (V) 400

Ensaio em vazio

Tenso em vazio V0 (p.u.) 1

Perdas em vazio P0 (p.u.) 0.0026

Corrente de magnetizao Im (p.u.) 0.02

Ensaio em curto-circuito

Corrente nominal IN (p.u.) 1

Tenso de curto-circuito Vc.c. (p.u.) 0.04

Perdas em carga Pc.c. (p.u.) 0.013

Do ensaio em vazio obtm-se a resistncia e a reactncia de magnetizao. O valor da resistncia

de magnetizao Rm dado por (2.3) onde Gm a condutncia de magnetizao.

mm

GR

1

2.3

A condutncia de magnetizao Gm resulta do quociente entre as perdas em vazio e a tenso em

vazio (2.4).

20

0

V

PGm

2.4

A reactncia de magnetizao Xm obtida por (2.5).

T

7

S

6

R

5

N1 4

T 1

3

S1

2

R1

1

Transformador MT /BT

A1+

A1

B1+

B1

C1+

C1

A2+

A2

B2+

B2

C2+

C2

8

mm

BX

1

2.5

Onde Bm a susceptncia de magnetizao que se obtm de (2.6).

2

2

0m

mm G

V

IB

2.6

Na tabela 2.3 apresentam-se os valores obtidos para a resistncia e reactncia de magnetizao.


Rm (p.u.) 384.615

Xm (p.u.) 50.51

Do ensaio em curto-circuito obtm-se a resistncia e a reactncia de disperso dos enrolamentos

primrio e secundrio. Assim, o valor da resistncia total Rt obtm-se da relao entre as perdas em

curto-circuito (consideradas aproximadamente iguais s perdas em carga nominal) e a corrente nominal

(2.7).

2N

cct

I

PR

2.7

A reactncia de disperso total dos enrolamentos, Xt obtida pela expresso (2.8).

2

2

..t

N

cct R

I

VR

2.8

Assumindo que os dois enrolamentos tm o mesmo valor de resistncia e de reactncia de

disperso obtm-se os resultados da tabela 2.4.


R1 = R2 (p.u.) 0.0065

X1 = X2 (p.u.) 0.0189

2.4 Modelo dos cabos da rede elctrica de baixa tenso

Na rede de baixa tenso a distribuio de energia elctrica pode ser realizada com cabos areos,

subterrneos ou solues mistas. Neste trabalho considerou-se uma rede area por ser a rede

tipicamente usada num cenrio rural.

As linhas areas podem ser em condutores nus (cobre) ou isolados em feixe, cabos torada

(alumnio). Por razes econmicas, facilidade de instalao e manuteno as redes areas de baixa

9

tenso so na sua maioria constitudas por condutores do tipo LXS (cabos torada) semelhantes aos da

figura abaixo:

Figura 2.3 Exemplo de cabo LXS (condutores isolados agrupados em feixe)

Estes cabos so constitudos por condutores multifilares de alumnio e o isolamento de

polietileno reticulado. As seces usadas na simulao deste trabalho so: 50mm2 e 70mm

2.

Os parmetros que caracterizam as linhas elctricas so a impedncia longitudinal e a admitncia

transversal. No entanto, nos cabos em torada, habitualmente apenas se considera a resistncia e a

reactncia longitudinal. A resistncia da linha responsvel pelas perdas por efeito de Joule. A

reactncia (X=L) tem influncia na capacidade de transporte e na queda de tenso da linha.

O esquema do circuito elctrico do cabo areo simulado encontra-se representado na figura

seguinte:

Figura 2.4 Modelo de simulao de um troo de cabo areo da rede BT

Para este caso, em que a linha trifsica tem neutro acessvel, as quedas de tenso por unidade de

comprimento dos condutores de fase e neutro so dadas por (2.9) [Sucena Paiva, 2007].

cncbnbanannnnn

ncnbcbacaccccc

nbnabacbcbbbbb

nancacbabaaaaa

IMjIMjIMjILjRIV

IMjIMjIMjILjRIV

IMjIMjIMjILjRIV

IMjIMjIMjILjRIV

2.9

Admitindo que as indutncias mtuas so iguais entre si e que a soma das correntes nas trs

fases e no neutro nula, obtm-se (2.10).

Medidas

1

N1

8

T1

7

S1

6

R1

5

N

4

T

3

S

2

R

1

U_T

v+ -

U_Sv

+ -

U_R

v+ -

R_T

R_S

R_R

R_N

L_T

L_S

L_R

L_NI_T i

+-I_S i

+-I_R i

+-

10

nnnnn

ccccc

bbbbb

aaaaa

IMLjRIV

IMLjRIV

IMLjRIV

IMLjRIV

)(

)(

)(

)(

2.10

De acordo com (2.10), as indutncias da figura 2.4 representam a diferena entre os coeficientes

de induo prpria e os de induo mtua.

O comportamento do cabo areo ir depender das caractersticas lineares dos condutores:

resistncia e indutncia.

No dimensionamento de cada cabo consideraram-se os quatro condutores com igual dimetro e

todos circulares cilndricos. O valor da resistncia R_cabo [/km] foi retirado do guia tcnico da Solidal

[Solidal Condutores Elctricos, 2007]. O valor da indutncia L_cabo [H/km] foi calculado de duas formas

diferentes. Na primeira, utilizou-se a expresso (2.11) [Solidal Condutores Elctricos, 2007].

3

__ 10)2

log(2.005.0

d

aL mSolidalcabo

2.11

Para calcular o valor da indutncia do cabo (2.12) foi necessrio calcular a mdia geomtrica am

(2.10) das distncias entre os eixos dos condutores e obter o dimetro d da alma condutora que dado

pelo fabricante [Solidal Condutores Elctricos, 2007], (tabela 2.5).

sam

6

1

2

2.12

O dimetro d de cada condutor, incluindo a espessura isol do isolamento, dado por (2.13).

disols 2

2.13

Tabela 2.5 Valores utilizados no clculo dos parmetros lineares de cada cabo areo

Tipo de cabo e seco

R_cabo (/km)

L_cabo_Solidal (mH/km)

am (mm)

s (mm)

d (mm)

isol (mm)

LXS 450 0.641 0.276 12.908 11.5 8.4 1.6

LXS 470 0.443 0.273 15.378 13.7 10.1 1.8

R_cabo resistncia da alma condutora a 20oC

L_cabo coeficiente de auto-induo aparente mdio do condutor

d dimetro da alma condutora

am mdia geomtrica das distncias entre eixos dos condutores

s dimetro do condutor mais isolamento

isol espessura do isolamento do condutor

Os valores obtidos para o coeficiente de induo por fase calculados (2.9) encontram-se na

tabela (2.6).

11

Tabela 2.6 Valores obtidos para o coeficiente de induo por fase

Tipo de cabo e seco

L_cabo_Solidal (mH/km)

LXS 450 0.276

LXS 470 0.273

Uma outra forma de calcular o coeficiente de induo por fase dada por (2.14) [Sucena Paiva,

2007].

)

'ln(102 4__

r

DL SPcabo

2.14

A equao (2.12) representa a indutncia equivalente por fase para uma linha trifsica (sem

condutor de neutro). De acordo com [Sucena Paiva, 2007], D [mm] representa a mdia geomtrica das

distncias entre eixos dos condutores e r [mm] representa o raio equivalente do condutor.

O valor de r dado por (2.15) [Sucena Paiva, 2007] onde r [mm] representa o raio do condutor.

rr 778.0' 2.15

Os valores obtidos para o coeficiente de induo por fase calculado pela expresso (2.3.6)

encontram-se na tabela (2.7).

Tabela 2.7 Valores utilizados para o clculo do coeficiente de induo por fase

Tipo de cabo e seco

L_cabo_SP (mH/km)

LXS 450 0.277

LXS 470 0.273

Dada a semelhana entre os valores calculados pelas duas expresses (2.11) e (2.14)

consideraram-se os valores obtidos pela expresso (2.11) presente em [Solidal Condutores Elctricos,

2007].

Um dos critrios do dimensionamento de uma rede de baixa tenso presente no Regulamento de

Segurana de Redes de Distribuio de Energia Elctrica em Baixa Tenso (RSRDEEBT) so, as quedas de

tenso mximas admissveis ao longo da rede. Segundo o regulamento, no ponto mais afastado de uma

rede rural a queda de tenso no deve exceder os 8% da tenso nominal. Do Guia Tcnico das Redes em

condutores de torada em BT, editado pela DGE e do Quadro 3.13 do RSRDEEBT obtiveram-se os

comprimentos mximos para cada cabo e a respectiva queda de tenso [Carlos Campos, 2007] [EDP

Distribuio, 2007].

12

Tabela 2.8 Comprimento mximo do cabo e respectiva queda de tenso

Outro factor a ter em conta no dimensionamento dos cabos de uma rede de baixa tenso a

relao entre o comprimento mximo do cabo e a corrente mxima para a qual este se encontra

protegido. Na tabela 2.9 [EDP Distribuio, 2007] possvel verificar essas relaes para os

comprimentos (aproximados) dos cabos utilizados na simulao.

Tabela 2.9 Relao entre correntes e comprimentos mximos de um cabo

Tipo de cabo e seco

Corrente Nominal

(A)

Corrente Mxima

(A)

Comprimento Mximo

(m)

LXS 450

63 290 430

80 420 295

100 540 230

125 600 205

160 870 145

200 1200 105

250 1460 85

315 2500 50

LXS 470

125 600 290

200 1200 145

250 1460 120

315 2050 85

400 2960 60

Neste trabalho, a monitorizao da rede foi feita sada de cada cabo, ou seja, nos pontos onde

so alimentados cada um dos grupos de consumidores. Para alm das formas de onda da tenso e da

corrente possvel observar a taxa de distoro harmnica total da tenso e o factor de potncia nestes

pontos da rede.

2.5 Cargas lineares

Consideraram-se dois tipos de cargas lineares: as resistivas puras que representam por exemplo a

iluminao incandescente, alguns fornos elctricos ou aquecedores e as indutivas que podem, por

exemplo, representar frigorficos.

13

2.5.1 Cargas resistivas

O esquema da carga resistiva encontra-se na figura 2.5.

Figura 2.5 Carga resistiva pura (iluminao)

O que distingue as vrias cargas resistivas que podem existir numa rede de baixa tenso a sua

potncia. Assim, para as cargas mais pequenas, tais como as lmpadas incandescentes definiu-se uma

potncia unitria de 100 W, enquanto que para os fornos elctricos e os aquecedores se definiu uma

potncia de 1000 W por unidade.

As cargas resistivas puras so cargas lineares e por isso no tm impacto negativo na rede.

2.5.2 Cargas indutivas

Na figura 2.6 encontra-se o bloco que representa uma carga do tipo indutivo, por exemplo, um

frigorfico.

Figura 2.6 Carga indutiva RL (frigorfico)

Nas figuras 2.7 e 2.8 apresentam-se as formas de onda da corrente absorvida pela carga para o

modelo simulado no Simulink (figura 2.7) e a medida no frigorfico utilizando o analisador de qualidade

de energia da Fluke (figura 2.8).

Neutro

2

Fase

1

Carga resistiva

neutro

2

fase

1

Carga RL

14

Figura 2.7 Tenso e corrente de entrada de um frigorfico (Simulink)

Figura 2.8 Tenso e corrente de entrada de um frigorfico (Fluke)

A carga RL foi dimensionada a partir de dados medidos num frigorfico, com um analisador de

qualidade de energia da Fluke, com o qual se obtiveram os valores da tabela 2.10:

Tabela 2.10 Parmetros da carga RL

S_RL (VA) P_RL

(W)

Q_RL

(VAr) cos(_RL)

150 90 120 0.8

A taxa de distoro harmnica da tenso medida no analisador espectral Fluke junto a um

frigorfico foi de 4.0%. No entanto, essa taxa de distoro harmnica no unicamente devida carga

em estudo. Depende, principalmente, da rede a montante.

15

2.6 Cargas no lineares

A maioria dos equipamentos electrnicos modernos alimentada em tenso contnua. Aos

circuitos ou sistemas destinados a transformar corrente alternada em contnua d-se o nome de

rectificadores (conversores CA/CC).

Neste trabalho consideraram-se dois rectificadores monofsicos distintos e um rectificador

trifsico, todos no comandados (com dodos) e de onda completa. Na rede de baixa tenso simulada,

os rectificadores monofsicos representam as cargas no lineares de baixa potncia tipicamente usadas

em aplicaes de electrnica de consumo (televisores, computadores e pequenos electrodomsticos).

Os rectificadores trifsicos representam as cargas de potncia mais elevada como por exemplo um

equipamento de uma pequena indstria.

2.6.1 Rectificador monofsico

Na figura 2.9 est representada a topologia de um rectificador monofsico constituda por quatro

dodos em ponte.

Figura 2.9 Rectificador monofsico

Num rectificador com carga capacitiva o condensador carrega-se com a tenso prxima do valor

de pico da tenso de entrada (aparte a queda de tenso nos dodos). Quando a tenso de entrada

menor do que a tenso no condensador, os dodos ficam bloqueados e a corrente de sada fornecida

exclusivamente pelo condensador, que vai descarregando, at que os dodos fiquem novamente

directamente polarizados e entrem em conduo, recarregando o condensador. Assim, quanto maior

for a capacidade do condensador (maior constante de tempo da carga) menor ser o tremor da tenso

de sada.

16

No dimensionamento da carga utilizaram-se as equaes (2.16) e (2.20) e obtiveram-se os

valores da resistncia R que, embora no exista fisicamente, representa a carga equivalente do

equipamento a jusante [Fernando Silva, 2006] e da capacidade C do condensador de filtragem.

O clculo de R depende do valor mdio da tenso sada do rectificador Voav e da potncia da

carga P (potncia do equipamento, por exemplo, do televisor).

P

VoR av

2

2.16

O valor mdio da corrente I0av fornecida pelo rectificador dada por (2.17).

R

VoIo avav

2.17

A corrente no condensador C de sada do rectificador pode ser relacionada com a respectiva

tenso, de acordo com (2.18).

dt

dvCi CC

2.18

Admitindo que a tenso aos terminais do condensador varia de uma forma aproximadamente

linear, a corrente no condensador, ser dada aproximadamente por (2.19).

t

VCi CC

2.19

Quando os dodos esto inversamente polarizados, a corrente de carga fornecida

exclusivamente pelo condensador. Nestas condies, substituindo (2.16) em (2.18) e resolvendo em

ordem a C, obtm-se o valor da capacidade do condensador C (2.20).

C

av

V

t

R

VoC

2.20

Na equao (2.20) V representa a variao mxima da tenso de sada do rectificador. Assume-

se que, sendo o valor mximo da tenso nominal da rede prximo de 325 V e admitindo que o valor

mdio da tenso de sada V0av do rectificador aproximadamente igual a 300 V, ento a variao total

da tenso aos terminais do condensador de 50 V. O intervalo de tempo t em que os dodos no

conduzem depende do ndice de pulsao p do rectificador [Fernando Silva, 2006]. No caso do

rectificador monofsico em ponte, p=2, pelo que t ser aproximadamente igual a metade do perodo.

p

Tt

2.21

17

A forma de onda da corrente de entrada do rectificador muito diferente de uma sinuside,

apresentando impulsos de corrente nos intervalos de tempo em que os dodos esto em conduo e o

condensador recarregado.

A bobine de entrada do rectificador alisa a corrente solicitada rede e calculada como uma

percentagem do valor da carga. Para o caso do televisor, no clculo de LTV (2.22) habitual considerar-

se 3% do valor da carga do televisor. O valor calculado para esta bobine encontra-se na tabela 2.11.

f

RLTV

2

03.0

2.22

Os valores utilizados no rectificador monofsico de um televisor so apresentados na tabela 2.11.

Tabela 2.11 Parmetros do rectificador monofsico utilizado para simular, do ponto de vista da ligao rede elctrica, o televisor

Vrms

(V)

T

(ms) p

V (V)

t (ms)

Voav (V)

PTV

(W)

RTV

() CTV

(mF)

LTV (mH)

230 20 2 50 10 300 200 450 0.133 42.9

Na figura 2.10 pode ver-se a tenso de sada do rectificador monofsico simulado no Simulink,

utilizando os parmetros da tabela (2.11).

Figura 2.10 Tenso de sada do rectificador de um televisor (Simulink)

Verifica-se que, com o rectificador dimensionado, se obtm uma corrente de entrada com forma

de onda prxima da medida num televisor com um analisador de qualidade de energia da Fluke (figuras

2.11 e 2.12).

18

Figura 2.11 Corrente de entrada do rectificador de um televisor (Simulink)

Figura 2.12 - Tenso e corrente de entrada de um televisor (Fluke)

Para simular, do ponto de vista da rede elctrica, uma mquina de lavar, tambm se utilizou um

rectificador monofsico. No entanto, a potncia do equipamento (Tab 2.12) superior utilizada para

simular um televisor.

Para rectificadores com este nvel de potncia, usual considerar-se que a impedncia associada

bobine LML (2.23) de ligao do rectificador rede corresponde a 10% do valor da carga. O valor

calculado para a bobine LML encontra-se na tabela (2.12).

Os valores da resistncia RML de carga equivalente e da capacidade CML de sada do rectificador

monofsico que representa uma mquina de lavar so calculados de (2.16) e (2.20) e so apresentados

na tabela (2.12).

19

Tabela 2.12 Rectificador de uma mquina de lavar

Vrms

(V)

T

(ms)

p V (V)

t (ms)

Voav (V)

PML

(W)

RML

() CML

(mF)

LML (mH)

230 20 2 50 10 300 2000 45 1.33 14.3

Na figura 2.11 pode ver-se a tenso de sada do rectificador utilizado para simular uma mquina

de lavar.

Figura 2.13 Tenso de sada do rectificador utilizado para simular uma mquina de lavar

Nas figuras 2.14 e 2.15 encontram-se as formas de onda da corrente simulada e da corrente

medida numa mquina de lavar com um analisador de qualidade de energia da Fluke.

20

Figura 2.14 - Corrente de entrada do rectificador de uma mquina de lavar (Simulink)

Figura 2.15 Tenso e corrente de entrada de uma mquina de lavar (Fluke)

Por consumirem correntes muito distorcidas, estes equipamentos tm um impacto negativo na

qualidade da forma de onda da tenso da rede.

Na tabela 2.13 encontram-se os valores de taxa de distoro harmnica de corrente (TDHI)

medidos no Simulink para os rectificadores simulados. Tambm se mediram esses valores para um

televisor e uma mquina de lavar, utilizando um analisador de qualidade de energia Fluke.

21

Dos resultados obtidos verifica-se que o rectificador da mquina de lavar tem um

comportamento muito semelhante ao de uma mquina de lavar real. O rectificador de televisor

apresenta um erro na ordem dos 14% relativamente ao televisor real medido. No entanto estes valores

so meramente indicativos, uma vez que equipamentos diferentes tero taxas de distoro harmnica

de corrente tambm diferentes.

Tabela 2.13 Valor da taxa de distoro harmnica total da corrente para cada rectificador

Rectificador

TV- Simulink

TV real - Fluke

Rectificador Mquina de Lavar

- Simulink

Mquina de lavar real -

Fluke

THDI(%) 75.20 65.60 49.18 46.7

2.6.2 Rectificador trifsico

Neste trabalho dimensiona-se um rectificador trifsico para simular um pequeno equipamento

industrial ligado rede de baixa tenso (figura 2.16).

Figura 2.16 Rectificador trifsico

As expresses utilizadas no dimensionamento do rectificador trifsico so anlogas s expresses

do rectificador monofsico. Admite-se que a variao mxima da tenso sada do rectificador V

igual a 10% de Voav. Este rectificador apresenta um ndice de pulsao p=6 e o tempo mximo de

descarga do condensador t igual a 1/6 do perodo. Assim, a partir das equaes (2.16) e (2.20)

obtiveram-se os resultados da tabela (2.14).

Para o clculo das indutncias do rectificador trifsico considerou-se 3% da carga (2.23) e, por

isso, o clculo da bobine L3F do filtro de entrada do rectificador trifsico igual ao da bobine do

rectificador monofsico de um televisor LTV.

R

L3

L2

L1

Fase3

Fase2

Fase1

Dodo 6

Dodo 5

Dodo 4

Dodo 3

Dodo 2

Dodo 1

C

22

Tabela 2.14 Rectificador trifsico

Vrms

(V)

T

(ms)

p V (V)

t (ms)

Voav (V)

P3F

(W)

R3F

() C3F

(mF)

L3F (mH)

400 20 6 54 3.3 538 15000 19.45 1.697 1.9

Na figura 2.17 pode observar-se a tenso obtida sada do rectificador trifsico.

Figura 2.17 - Tenso de sada do rectificador trifsico (Simulink)

A corrente de entrada do rectificador trifsico simulado a representada na figura 2.18.

Figura 2.18 - Corrente de entrada do rectificador trifsico

23

O valor da taxa de distoro harmnica total da corrente TDHI, medido no rectificador trifsico

simulado igual a 32.52%.

24

3 Microgerao

A microgerao (ou produo descentralizada) a gerao de energia pelo prprio consumidor

(empresa ou particular) utilizando equipamentos de pequena escala, nomeadamente painis solares ou

aerogeradores.

Os produtores entregam a totalidade da energia produzida rede elctrica de servio pblico

mediante um regime remuneratrio definido pelo decreto-lei n. 363/2007, de 2 de Novembro de 2007

[Decreto-lei, 2007] [www.renovaveisnahora.pt].

A interligao dos microgeradores rede de energia realizada atravs de inversores de tenso,

que de acordo com as caractersticas dos equipamentos homologados [Ingecon Sun, 2008] injectam na

rede elctrica correntes com taxas de distoro harmnica inferiores a 3% de modo a assegurar uma

perturbao reduzida na qualidade da forma de onda da tenso da rede.

Neste trabalho consideraram-se dois inversores de tenso: um monofsico e o outro trifsico. Os

inversores monofsicos destinam-se s aplicaes de baixa potncia e os trifsicos s aplicaes de

potncia mais elevada.

Em seguida explica-se o funcionamento de cada um dos inversores utilizados na simulao da

rede, nomeadamente o dimensionamento dos controladores e do filtro de ligao rede de baixa

tenso.

3.1 Inversor monofsico

A topologia do inversor monofsico est representada na figura 3.1.

Ri L

Fonte DC Vfase

S1

S4S2

S3 Ifase

Figura 3.1 Inversor monofsico

Na simulao do inversor monofsico, utilizou-se o comando por modulao de largura de

impulso de trs nveis. Neste tipo de modulao a tenso de sada positiva se a onda modulante

maior que as duas portadoras, nula se estiver compreendida entre as duas, e negativa se for menor que

25

qualquer das portadoras. As portadoras foram definidas como duas ondas triangulares com 1V de

amplitude, frequncia de comutao, simtricas e desfasadas de um quarto do perodo. A figura 3.2

exemplifica este tipo de modulao.

Figura 3.2 Exemplo do comando por modulao de largura de impulso de trs nveis [Fernando Silva, 2006]

O dimensionamento da bobina L_inv1F (3.1) de ligao do inversor rede depende da tenso UDC

de entrada do inversor, do perodo de comutao dos semicondutores, que se considera prximo dos

10kHz, da topologia do inversor (ponte completa) e do tipo de comando escolhido (PWM de trs nveis).

Este dimensionamento efectuado de modo a limitar o tremor iL da corrente, que no dever exceder

10% da mxima corrente que o microgerador pode injectar na rede.

L

CDC

i

TUL

4_inv1F

3.1

Os valores obtidos para o filtro indutivo de interligao do inversor rede de baixa tenso so

apresentados na tabela (3.1).

3.1 Valores do filtro indutivo do inversor monofsico

L_inv1F (H)

Ri ()

Rrede ()

R_inv1F ()

iL (A)

0.0067 0.01 15.3 15.31 1,5

3.1.1 Dimensionamento do controlador de corrente

Na ligao do inversor rede de energia elctrica, a tenso imposta pela rede, pelo que o

inversor controlado em corrente de forma a ser possvel extrair a mxima potncia do microgerador.

26

O diagrama de blocos do controlador linear de corrente do inversor monofsico est

representado na figura (3.3), onde Iref representa a corrente de referncia calculada com base na

potncia injectada na rede pelo microgerador, e Ifase representa a corrente injectada na rede pelo

inversor. Ambas so multiplicadas por um ganho KI (factor de escala) e a diferena entre as duas, ou

seja, o erro de corrente resultante, aplicada ao compensador C (s). Este compensador gera a tenso

modulante uc que, depois ir ser utilizada pelo modulador do inversor. A corrente injectada na rede

calculada a partir da tenso de sada do inversor V0 subtrada tenso da rede Vfase, considerando o

filtro de ligao do microgerador rede.

KIIref

KI

Compensador

C(s)

Modulador

+

Conversor

Filtro+

-

uc IfaseVo

Vfase

+

-

Figura 3.3 Diagrama de blocos da cadeia de controlo do inversor monofsico

O modulador garante que, em cada perodo de comutao o valor mdio da grandeza comutada

seja proporcional ao valor mdio da tenso modulante uc (sada do compensador). Para isso faz-se uma

comparao entre a modulante uc e a portadora r(t) (funo peridica, geralmente triangular com

frequncia igual frequncia de comutao fc desejada). Da comparao entre as duas funes resultam

os sinais de comando dos dispositivos semicondutores de potncia que definem o instante de passagem

conduo e de passagem ao corte de todos os semicondutores.

Para dimensionar o controlador da corrente, possvel representar a associao

modulador+inversor como uma funo de primeira ordem com um ganho KD e um atraso Td. Essa

funo de transferncia designada por G(s) (3.2):

d

D

sT

KsG

1)(

3.2

O valor do ganho KD (3.3) dado pelo quociente entre a tenso de alimentao UDC do inversor

e a amplitude mxima da modulante UCmax [Fernando Silva, 2006].

maxC

DCD

U

UK

3.3

Usualmente, considera-se que o atraso mdio Td (3.4) na resposta do conversor, igual a metade

do perodo de comutao Tc [Fernando Silva, 2006].

2C

d

TT

3.4

27

O compensador C(s) do tipo Proporcional-Integral (PI), assegurando uma dinmica de 2 ordem

em cadeia fechada. Estes compensadores garantem erros estticos nulos com tempos de subida

aceitveis [Fernando Silva, 2006].

p

z

sT

sTsC

1)(

3.5

No dimensionamento dos parmetros Tz e Tp, do compensador C(s) (3.5) considera-se que o zero

do compensador cancela o plo de menor frequncia [Fernando Silva, 2006] introduzido pelo filtro de

ligao rede. Nessas condies, o zero de (3.5) determinado por (3.6), onde L_inv1F representa a

bobina do filtro de ligao rede e a resistncia Rinv1F (3.7) representa o valor da associao srie da

resistncia interna Ri da bobine com a resistncia equivalente da rede Rrede no ponto de ligao do

microgerador rede.

Finv

Finvz

R

LT

1_

1

3.6

redeiFinv RRR 1_

3.7

O desacoplamento da perturbao pode ser conseguido aproximadamente pela introduo de

uma resistncia, Rrede, definida pelo quociente entre o valor eficaz da tenso da rede e o valor eficaz da

corrente injectada pelo inversor na rede.

fase

rederede

I

VR

3.8

O valor de Tp calculado por (3.9), onde KI o ganho da corrente, KD e Td so o ganho e o

tempo de atraso do conjunto modulador mais conversor.

Finv

dIDp

R

TKKT

1_

2

3.9

Os valores utilizados no controlador de corrente so apresentados na tabela (3.2):

Tabela 3.2 Valores utilizados no controlador de corrente do inversor monofsico

P_inv1F (W)

Iref (A)

T (s)

Rrede ()

Rinv1 ()

KD KI UCmax (V)

Td (ms)

Tz (s)

Tp (s)

3450 15 0.02 15.3 15.31 40 2 10 0.05 0.6667 0.8

A partir do resultado da comparao entre a modulante e a portadora, os semicondutores so

comandados ao corte ou conduo obtendo-se, sada do inversor, a forma de onda para a corrente

injectada na rede i0fase que se representa na figura 3.4.

28

Figura 3.4 Corrente sada do inversor monofsico sincronizada com a tenso da rede

3.1.2 Sincronizao da corrente com a tenso da rede

A sincronizao do inversor monofsico com a rede simulada consegue-se por manipulao da

corrente de referncia. A tenso medida na rede dividida pelo seu valor eficaz, obtendo-se uma forma

de onda igual da tenso da rede mas com amplitude de 1V. Esta tenso depois multiplicada por uma

constante com o valor da corrente de referncia. O resultado uma onda com a mesma forma da

tenso da rede mas com a amplitude da corrente de referncia (figura 3.5).

Multiplicador

Divisor

Iref

Va

Valor

RMS

Iref

sincronizado

Figura 3.5 Sincronizador do inversor monofsico

Este inversor ser utilizado no captulo seguinte para simular os microgeradores.

29

3.2 Inversor trifsico

A topologia do inversor trifsico simulado est representada na figura 3.6.

RR LR

Fonte DCVR

S1

S4S2

S3

RS LS

VSRT LT

VT

S5

S6

IR

IS

IT

Figura 3.6 Inversor trifsico

O modelo do inversor trifsico, em coordenadas RST pode ser definido pelo sistema de equaes

(3.10).

T

T

T

TT

T

TNT

S

SN

S

SS

S

SNS

R

R

R

RR

R

RNR

L

v

L

iR

L

v

dt

di

L

v

L

iR

L

v

dt

di

L

v

L

iR

L

v

dt

di

3.10

Por aplicao da transformao de Park (3.11) (=t) a (3.10) possvel obter-se o modelo de

estado do inversor trifsico em coordenadas dq.

2

1)

3

4()

3

4cos(

2

1)

3

2()

3

2cos(

2

1)()cos(

3

2

sen

sen

sen

TPark

3.11

A matriz de Park ortogonal e a sua inversa igual sua transposta. As tenses e correntes no

novo referencial so obtidas por (3.12)

c

b

aT

Parkq

d

x

x

x

T

x

x

x

0

3.12

O modelo de estado do sistema (3.11) no novo referencial invariante no tempo.

30

qq

q

ddd

HL

iL

R

dt

di

HL

iL

R

dt

di

1

1

3.13

Com base neste modelo de estado possvel dimensionar os controladores do sistema, onde as

tenses de comando Hd e Hq resultam directamente dos controladores das correntes id e iq.

3.2.1 Dimensionamento do filtro de ligao rede

Para o inversor trifsico considerou-se o comando por modulao de largura de impulso de dois

nveis. Neste tipo de modulao a tenso de sada positiva se a onda modulante maior que a

portadora, e negativa se for menor que a portadora. A portadora foi definida como uma onda triangular

1V de amplitude frequncia de comutao. A figura 3.7 exemplifica este tipo de modulao.

Figura 3.7 Exemplo do comando por modulao de largura de impulso de dois nveis [Fernando Silva, 2006].

Tal como no inversor monofsico, tambm se dimensionou o filtro indutivo de ligao do

inversor rede de baixa tenso. O valor da bobina calculado considerando que a variao iL mxima

da corrente 10% da mxima corrente injectada na rede, multiplicada pelo perodo de comutao, pela

tenso contnua de entrada do inversor e por um factor que depende da topologia do inversor (ponte

completa) e do tipo de comando escolhido (PWM de dois nveis).

L

CDCFinv

i

TUL

63_

3.14

31

Os valores obtidos para o filtro indutivo so os indicados na tabela (3.3).

Tabela 3.3 Valores do filtro indutivo do inversor monofsico

UDC (V)

Fc (KHZ)

Tc

(s)

iL (A)

L_inv3F (H)

Ri ()

600 10 50 1,5 0.0067 0.01

3.2.2 Dimensionamento dos controladores de corrente

Assim como no inversor monofsico, o inversor trifsico apenas necessita de ser controlado em

corrente uma vez que a tenso imposta pela rede. O principio do controlo de corrente do inversor

trifsico ser semelhante ao do inversor monofsico.

O diagrama de blocos do controlador linearizado da corrente injectada pelo inversor trifsico na

rede est representado na figura (3.8) [S. Ferreira Pinto e J. Fernando Silva, 2006] onde Iodref e Ioqref

representam as referncias das componentes dq das correntes injectadas na rede, Iod e Ioq, representam

as correntes injectadas na rede e Vod e Voq representam as componentes dq da tenso de sada do

inversor.

Compensador

Compensador

Conversor

+

Modulador

Filtro de ligao

rede

wL

wL

Hd

Hq

Iod

Ioq

Iodref

Ioqref

Vod

Voq

+ -

+ -

+

+ -

+

Figura 3.8 - Diagrama de blocos da cadeia de controlo do inversor trifsico

O dimensionamento do compensador do inversor trifsico foi feito da mesma forma que no

inversor monofsico e utilizaram-se as expresses (3.5), (3.6) e (3.7) para calcular os parmetros Tz e Tp.

O valor de Rinv3F igual resistncia interna da bobine (3.15)

iFinv RR 3_

3.15

A partir das equaes (3.3) e (3.4) determina-se o ganho KD e o atraso Td do inversor. Continua a

considerar-se que Td igual a metade do perodo de comutao, mas KD passa a ter um ganho unitrio

32

devido correco da perturbao wL [Fernando Silva, 2006] [S. Ferreira Pinto e J. Fernando Silva,

2006]. Os valores utilizados no controlador de corrente do inversor trifsico encontram-se na tabela

(3.4).

Tabela 3.4 Parmetros do controlador de corrente do inversor trifsico.

P_inv3F (W)

Iref (A)

T (s)

KD KI UCmax (V)

Td (ms)

Tz (s)

Tp (s)

10350 15 0.02 1 1 10 0.05 0.6667 0.01

A partir do resultado da comparao da tenso portadora com a modulante, os semicondutores

so comandados ao corte ou conduo obtendo-se sada do inversor as formas de onda

representadas na figura 3.9, para cada uma das fases da corrente i0:

Figura 3.9 Correntes injectadas na rede pelo inversor trifsico sincronizadas com as respectivas tenses da rede

3.2.3 Sincronizao das correntes com as tenses da rede

No inversor trifsico tambm necessrio sincronizar as correntes de referncia com as

respectivas tenses da rede. Para fazer essa sincronizao necessrio determinar a posio angular

das tenses da rede. Neste trabalho utilizou-se o mtodo de sincronizao vectorial [Bruno Costa, 2007]

que se encontra representado pelo diagrama de blocos da figura 3.10.

33

RST/

VR

cos()

VT

VS

V

V

FPBx

FPBx

|V|=sqrt(V^2+V^2)

V/|V|

V/|V| sen()

Figura 3.10 Diagrama de blocos do sincronizador vectorial para o inversor trifsico

Nesse processo de sincronizao necessrio calcular as tenses da rede em coordenadas

recorrendo transformao de Concordia (3.16) que permite transformar um sistema trifsico, em

coordenadas RST, num sistema bifsico equivalente, em coordenadas .

2

1

2

3

2

1

2

1

2

3

2

1

2

101

3

2ConcordiaT

3.16

Por aplicao da transformao inversa de Concordia (3.16) (como a matriz ortogonal a sua

inversa igual sua transposta) s tenses VRST da rede, possvel obter essas tenses (3.17) em

coordenadas .

T

S

R

x

x

x

x

x

x

2

1

2

1

2

1

2

3

2

30

2

1

2

11

3

2

0

3.17

s tenses calculadas em coordenadas aplicado um filtro do tipo passa-baixo (figura 3.10)

para eliminar o rudo na aquisio do sinal. A rapidez do sincronizador est essencialmente dependente

do atraso includo pelo filtro. Depois de calculada a amplitude do vector de tenso, pode-se calcular o

valor do co-seno e seno do ngulo desse vector de tenso da rede. Esse ngulo posteriormente

utilizado na transformao de Park do modelo de estado do sistema (3.10) garantindo que as correntes

injectadas na rede pelos inversores trifsicos esto em fase com as respectivas tenses.

O bloco utilizado na simulao do sincronizador vectorial encontra-se na figura 3.11.

34

Figura 3.11 Blocos do mtodo de sincronizao vectorial

Como os inversores no fornecem correntes sinusoidais perfeitas, so responsveis pela injeco

de algumas harmnicas na rede, nomeadamente harmnicas de alta frequncia, na proximidade da

frequncia de comutao.

O impacto que cada inversor tem na qualidade da forma de onda da tenso pode ser

quantificado pela taxa de distoro harmnica da corrente injectada na rede. Na tabela 3.5 encontram-

se representadas as taxas de distoro harmnica totais para o inversor monofsico e inversor trifsico

simulados. Verifica-se que estes valores esto dentro do limite mximo garantido pelo fabricante:

Tabela 3.5 Valor da taxa de distoro harmnica total para cada inversor

Inversor

monofsico Simulink

Inversor trifsico Simulink

Inversor Fabricante

THD(%) 1.59 0.71

35

4 Simulao da Rede BT

4.1 Estrutura da rede BT sem microgerao

Neste trabalho considerou-se para o modelo da rede BT uma topologia radial, ou seja, uma rede

que a partir de um ponto de alimentao, constituda por linhas que se vo ramificando sem se

encontrarem num ponto comum. Esta soluo tipicamente utilizada na rede de distribuio e se no

existir produo a elas ligada, o sentido do trnsito de energia do ponto de alimentao para a carga.

O modelo da rede BT simulada foi baseado nas caractersticas da rede elctrica portuguesa e em

dados de uma rede area de baixa tenso. As redes areas so tipicamente usadas num cenrio rural

desenvolvendo-se de modo arborescente com reduo progressiva de seces, estando os clientes

ligados nos vrios troos em derivao. Normalmente, o comprimento mximo entre o PT e o cliente

no deve exceder os 700 a 1000 metros.

Dos dados da rede area de baixa tenso conhece-se a sua estrutura topolgica, os valores

tpicos do PT, as potncias contratadas por cada cliente e o tipo e comprimento dos cabos usados na

distribuio.

Usualmente, a distribuio das cargas pela rede feita de maneira a que estas fiquem prximas

do PT. Desta forma os custos associados ao comprimento dos cabos so menores e podem ser utilizados

cabos de maior seco. Eventualmente pode ser necessrio alimentar cargas isoladas e afastadas do PT.

Nestes casos, dependendo da potncia consumida por essas cargas, pode optar-se por instalar um cabo

de maior comprimento e menor seco ou pela instalao de um novo PT junto a essa carga.

No modelo da rede no se consideraram os clientes individuais, mas grupos de clientes. Esta

considerao implica potncias mais elevadas para cada grupo de consumidores e, por isso, o

comprimento dos cabos foi adaptado ao nvel de potncia das cargas.

A potncia correspondente a cada grupo de clientes SGC foi calculada e obtm-se da expresso

(4.1)

clientesnsadasncontratadaGC CCSS __ **

4.1

Este valor foi estimado a partir da potncia contratada pelo grupo, afectada pelos coeficientes de

simultaneidade Cn_sadas do nmero de sadas do PT (4.2) e do nmero de clientes Cn_clientes em cada sada

(4.2). Consideraram-se quatro sadas para o PT da rede simulada.

nCn

8.02.0

4.2

36

Do valor de SGC calculado, faz-se uma estimativa da carga total atribuda a cada grupo de

consumidores. A carga total dividida em carga linear e carga no-linear. Posteriormente varia-se o

valor da carga atribuda a cada grupo e criam-se diferentes cenrios para o modelo da rede BT.

Esses cenrios so simulados e os valores da taxa de distoro harmnica da tenso (por fase)

so medidos, entrada de cada grupo de consumidores. De seguida, adicionam-se os inversores ao

modelo da rede BT e comparam-se os resultados obtidos para os vrios ensaios de forma a avaliar o

impacto da microgerao numa rede area de baixa tenso.

A figura (4.1) representa a topologia da rede BT simulada. Os barramentos numerados

correspondem a grupos de clientes. Na figura podem ler-se os comprimentos e tipo dos cabos utilizados,

a potncia do transformador e as potncias contratadas pelos grupos de consumidores.

1MT 2

3

4 5

6 7

8 9

10

BT

250KVA

LXS50

114 m

LXS70

140 m

LXS70

14 m

LXS70

84 m

LXS50

95 m

LXS50

161 m

LXS50

335 m

LXS50

335 m

LXS50

302 m

LXS70

262 m

86.25KVA

79.20KVA

193.20KVA

134.60KVA

189.45KVA

203.60KVA

104.00KVA169.00KVA

107.10KVA

58.65KVA

Sada 1

252 KVA

Sada 2

273 KVA

Sada 3

393 KVA

Sada 4

407 KVA

Figura 4.1 Estrutura da rede BT simulada

Nos cenrios criados procurou obter-se um sistema equilibrado, no que diz respeito

distribuio das cargas por fase. Procurou tambm manter-se a relao entre as cargas lineares e as

cargas no-lineares assumindo-se que habitualmente, a percentagem de cargas no-lineares numa rede

com caractersticas rurais, no excede os 50%.

37

importante referir que em todos os cenrios simulados, considerada a 5 harmnica na mdia

tenso.

Tambm, so efectuadas algumas simulaes com a tenso de sada do Posto de Transformao

(PT) acima do valor nominal.

4.2 Estrutura da rede BT com microgerao

Nas simulaes com microgerao, criaram-se dois cenrios designados Microgerao 1 e

Microgerao 2 que diferem na quantidade de microgeradores ligados rede e na forma como se

encontram distribudos por cada fase.

Na distribuio da microgerao, teve-se em conta o regime jurdico aplicvel produo de

electricidade por intermdio de instalaes de pequena potncia. Segundo o decreto-lei n. 363/2007 a

actividade de microproduo pode ser restringida, nos casos em que o somatrio da potncia injectada

pela microgerao ligada a uma rede ultrapasse 25% da potncia do posto de transformao da

respectiva rede. Nesse sentido, considerou-se um primeiro cenrio de microgerao, abaixo desse limite

Microgerao 1, em que o somatrio da potncia dos microgeradores de 10% relativamente

potncia do PT. Num segundo cenrio Microgerao 2, estuda-se a situao limite, em que a potncia

total instalada em microgerao equivalente a 25% da potncia do PT.

Outro factor a ter em conta o limite da potncia injectada por cada produtor de electricidade, o

qual no pode exceder 50% da potncia contratada por cada um. Apesar desta limitao no ser

aplicvel s instalaes elctricas em nome de condomnios (grupos de consumidores), houve o cuidado

de garantir que as potncias injectadas em cada grupo fossem inferiores a 50% das respectivas

potncias contratadas.

Para o primeiro cenrio Microgerao 1, so ligados sete microgeradores na rede BT simulada

(figura 4.2) os quais representam 10% da potncia nominal do PT, perfazendo um total de 24.15 kVA de

microgerao instalada.

38

1MT 2

3

4 5

6 7

8 9

10

BT

250KVA

LXS50

114 m

LXS70

140 m

LXS70

14 m

LXS70

84 m

LXS50

95 m

LXS50

161 m

LXS50

335 m

LXS50

335 m

LXS50

302 m

LXS70

262 m

3450 W

Fase S

3450 W

Fase R

3450 W

Fase S

3450 W

Fase R

3450 W

Fase T

3450 W

Fase R

3450 W

Fase T

Figura 4.2 Estrutura da rede BT com Microgerao 1, com 10% da potncia do PT instalada em microgerao

No segundo cenrio designado Microgerao 2 existem dezasseis microgeradores (quinze

microgeradores monofsicos e 1 microgerador trifsico no grupo 6) ligados rede totalizando uma

potncia igual a 25% da carga nominal do PT (62,1 kVA). Esta rede est representada na figura 4.3.

39

1MT 2

3

4 5

6 7

8 9

10

BT

250KVA

LXS50

114 m

LXS70

140 m

LXS70

14 m

LXS70

84 m

LXS50

95 m

LXS50

161 m

LXS50

335 m

LXS50

335 m

LXS50

302 m

LXS70

262 m

10350 W

RST

3450 W

Fase R

3450 W

Fase T

3450 W

Fase S

3450 W

Fase T

3450 W

Fase T

3450 W

Fase R

3450 W

Fase S

3450 W

Fase R

3450 W

Fase S

3450 W

Fase T

3450 W

Fase R

3450 W

Fase S

3450 W

Fase T

3450 W

Fase R

3450 W

Fase S

Figura 4.3 - Estrutura da rede BT com Microgerao 2, com 25% da potncia do PT instalada em microgerao

4.3 Resultados das simulaes

Em seguida, descrevem-se dois cenrios criados para o modelo da Rede BT (cenrio de vazio e de

ponta) e apresentam-se os resultados obtidos em doze ensaios. Para cada cenrio so apresentadas as

caractersticas da rede, nomeadamente a distribuio de cargas, as quedas de tenso, os factores de

potncia, e os valores da taxa de distoro harmnica da tenso (TDHU) para as diferentes situaes sem

microgerao e com microgerao. Os ltimos, foram ilustrados em grficos de forma a facilitar a

comparao entre os cenrios com e sem microgerao. Para alm destes dados, tambm se ilustraram

as formas de onda, para a tenso e para a corrente, medidas sada do transformador e no grupo mais

afastado deste (grupo 5 a 475 metros).

Em cada cenrio efectuaram-se dois ensaios diferentes com microgerao. No primeiro,

Microgerao 1, ligaram-se apenas sete inversores monofsicos (10% da potncia nominal do PT),

enquanto no segundo, Microgerao 2, ligaram-se dezasseis inversores (quinze inversores

40

monofsicos e 1 inversor trifsico) rede (25% da potncia nominal do PT). Desta forma possvel

verificar o impacto de diferentes valores de potncia injectada pelos microgeradores.

Para os mesmos cenrios, repetiram-se as simulaes com a tenso de sada do PT, 5% acima do

valor nominal.

As simulaes so efectuadas em Simulink, e os dados da taxa de distoro harmnica da tenso

(TDHU) foram obtidos com o auxlio da ferramenta Powergui.

A avaliao dos resultados feita tendo em conta a norma Portuguesa EN 50160 [Norma

Portuguesa EN 50160, 1995] que descreve as caractersticas principais da tenso da rede de baixa ou

mdia tenso, em condies de explorao normais.

Segundo a NP EN 50160, a taxa de distoro harmnica TDHU no deve ultrapassar 8% em 95%

dos perodos de 10 minutos. No caso de sistemas trifsicos com quatro condutores a tenso nominal

normalizada (Un) para as redes BT igual a 230 Volt entre cada fase e o neutro. Em condies normais

de explorao, no considerando as interrupes de alimentao, 95% dos valores eficazes mdios de

10 minutos para cada perodo de uma semana devem situar-se na gama de Un 10%.

4.4 Cenrio 1 PT em vazio

O primeiro cenrio corresponde rede num perodo de vazio. O PT encontra-se a 20% da

potncia nominal (20% SPT) e 50% das cargas so no lineares.

A distribuio das potncias por grupo de consumidores e por sada do PT est representada na

figura 4.4.

41

1MT 2

3

4 5

6 7

8 9

10

BT

250KVA

LXS50

119 m

LXS70

140 m

LXS70

14 m

LXS70

84 m

LXS50

95 m

LXS50

161 m

LXS50

335 m

LXS50

335 m

LXS50

302 m

LXS70

262 m

Sada 1

9.50 KVA

Sada 2

10.30 KVA

Sada 3

14.80 KVA

Sada 4

15.35 KVA

3.30 KVA

2.20 KVA

4.05 KVA

6.35 KVA3.90 KVA

7.70 KVA

7.15 KVA

5.10 KVA

3.00 KVA

7.30 KVA

Figura 4.4 - Modelo da rede BT para a distribuio de cargas do cenrio 1

Da simulao do cenrio 1 obtiveram-se as formas de onda da tenso e da corrente medidas nos

vrios pontos da rede. Nas figuras 4.5 e 4.6 representam-se as formas de onda da tenso e da corrente

sada do PT e no grupo de cargas mais afastado do PT (grupo 5). Verifica-se que as formas de onda da

tenso so coerentes com a realidade - formas de onda quase sinusoidais com valor eficaz prximo de

230 V, embora apresentem um ligeiro desequilbrio entre fases. Esse desequilbrio coerente com a

distribuio de cargas deste cenrio, que tambm no esto perfeitamente equilibradas nas trs fases.

As correntes apresentam uma elevada distoro que resulta da elevada percentagem de cargas no

lineares consideradas.

42

Figura 4.5 Formas de onda da tenso e da corrente sada do PT no cenrio 1

Figura 4.6 Formas de onda da tenso e da corrente no grupo 5 no cenrio 1

Na tabela 4.1 esto representadas as quedas de tenso (mxima e mnima) registadas ao longo

da rede. Em todas as medies efectuadas verificam-se valores coerentes com um cenrio real e

inferiores aos 10% impostos pela norma NP50160 [Norma Portuguesa EN 50160, 1995].

Tabela 4.1 Quedas de tenso ao longo da rede para o cenrio 1, tenso nominal e sem microgerao

Quedas de tenso (% da tenso nominal)

Vmin Vmx

1.0 1.6

Nas figuras 4.7, 4.8 e 4.9 apresentam-se as medies do factor de potncia, em cada grupo, sem

microgerao e com microgerao. Tendo em conta que o factor de potncia medido numa rede real

aproximadamente 0.9, considera-se que os valores obtidos so aceitveis no cenrio sem microgerao.

No entanto, a ligao dos microgeradores rede num perodo de vazio altera bastante o valor do factor

de potncia nos pontos de ligao.

43

Figura 4.7 - Comparao grfica do factor de potncia para cada grupo na fase R, num cenrio de vazio (20% SPT), tenso nominal

Figura 4.8 - Comparao grfica do factor de potncia para cada grupo na fase S, num cenrio de vazio (20% SPT), tenso nominal

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Grupo 10

Grupo 9

Grupo 8

Grupo 7

Grupo 6

Grupo 5

Grupo 4

Grupo 3

Grupo 2

Grupo 1

PT

Sem Microgerao "Microgerao 1" "Microgerao 2"

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Grupo 10

Grupo 9

Grupo 8

Grupo 7

Grupo 6

Grupo 5

Grupo 4

Grupo 3

Grupo 2

Grupo 1

PT


44

Figura 4.9 - Comparao grfica do factor de potncia para cada grupo na fase T, num cenrio de vazio (20% SPT), tenso nominal

Com a ferramenta Powergui do Matlab obtiveram-se as taxas de distoro harmnicas da tenso

(TDHU) nos dez grupos de consumidores. Verifica-se que os valores da TDHU, para o cenrio sem

microgerao, variam de acordo com o tipo, quantidade e distribuio das cargas.

Nos dois cenrios com microgerao os valores medidos so geralmente superiores aos do

cenrio sem microgerao.

Nas figuras 4.10, 4.11 e 4.12 podem observar-se trs grficos, que permitem comparar os valores

da TDHU (no clculo da TDH consideraram-se unicamente as 50 primeiras harmnicas) de cada grupo de

consumidores, nas diferentes fases (RST) e em cada cenrio de microgerao. Da anlise dos resultados

verifica-se que a introduo da microgerao leva a um aumento generalizado da TDHU em todos os

pontos da rede. No cenrio com 10% de microgerao a TDHU tem uma variao pouco significativa, no

ultrapassando os 0.05%. No cenrio com 25% de microgerao a TDHU chegou a aumentar 0.4%.

Nos ensaios realizados, apesar das medies da TDHU serem mais elevadas aquando da

introduo da microgerao, nunca se verificam valores prximos do limite de 8% imposto pela norma

NP50160 [Norma Portuguesa EN 50160, 1995].

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Grupo 10

Grupo 9

Grupo 8

Grupo 7

Grupo 6

Grupo 5

Grupo 4

Grupo 3

Grupo 2

Grupo 1

PT


45

Figura 4.10 - Comparao grfica da TDH de cada grupo na fase R, num cenrio de vazio (20% SPT), tenso nominal

Figura 4.11 - Comparao grfica da TDH de cada grupo na fase S, para num cenrio de vazio (20% SPT), tenso nominal

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

PT G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10

TD

Hv

(%

f)

Fase R

S/ Microgerao C/ Microgerao 1 C/Microgerao2

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

PT G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10

TD

Hv

(%

f)

Fase S


46

Figura 4.12 - Comparao grfica da TDH de cada grupo na fase T, num cenrio de vazio (20% SPT), tenso nominal

Em seguida apresentam-se os resultados das simulaes do cenrio 1 com a tenso sada do

transformador 5% acima do valor nominal. Verifica-se que os valores da TDHU so ligeiramente

superiores aos medidos no caso anterior (com a tenso no valor nominal) continuando coerentes com

valores medidos numa rede real.

Da observao dos resultados nas figuras 4.13, 4.14 e 4.15 verifica-se que o impacto da

microgerao num cenrio 1 com a tenso 5% acima do valor nominal muito semelhante ao caso do

cenrio com a tenso da rede igual nominal.

Apesar das medies da TDHU serem ligeiramente mais elevadas no cenrio acima da tenso

nominal, continuam a verifica-se valores inferiores aos 8% do limite imposto pela norma NP50160

[Norma Portuguesa EN 50160, 1995].

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

PT G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10

TD

Hv

(%

f)

Fase T


47

Figura 4.13 - Comparao grfica da TDH de cada grupo na fase R, num cenrio de vazio (20% SPT), a 5% acima da tenso nominal

Figura 4.14 - Comparao grfica da TDH de cada grupo na fase S, num cenrio de vazio (20% SPT), a 5% acima da tenso nominal

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

PT G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10

TD

Hv

(%

f)

Fase R


0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

PT G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10

TD

Hv

(%

f)

Fase S


5% acima da tenso nominal


48

Figura 4.15 - Comparao grfica da TDH de cada grupo na fase T, num cenrio de vazio (20% SPT), a 5% acima da tenso nominal

4.5 Cenrio 2 Ponta do PT

O segundo cenrio corresponde a um perodo de ponta na rede. O PT encontra-se a 80% da carga

nominal (80% SPT) e 50% das cargas so no lineares.

A distribuio das potncias por grupo de consumidores e por sada do PT est representada na

figura 4.16.

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

5,00

PT G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10

TD

Hv

(%

f)

Fase T



49

1MT 2

3

4 5

6 7

8 9

10

BT

250KVA

LXS50

119 m

LXS70

140 m

LXS70

14 m

LXS70

84 m

LXS50

95 m

LXS50

161 m

LXS50

335 m

LXS50

335 m

LXS50

302 m

LXS70

262 m

Sada 1

38.05 KVA

Sada 2

10.30 KVA

Sada 3

59.35 KVA

Sada 4

15.35 KVA

13.00 KVA

8.90 KVA

16.20 KVA

25.50 KVA15.70KVA

30.75 KVA

28.60 KVA

20.30 KVA

12.00 KVA

29..10 KVA

Figura 4.16 - Modelo da rede BT para a distribuio de cargas do cenrio 2

Nas figuras 4.17 e 4.18 representam-se as formas de onda da tenso e da corrente medidas

sada do PT e no grupo mais afastado deste (grupo 5). Verifica-se que as formas de onda das tenses so

coerentes com a realidade, apresentando formas aproximadamente sinusoidais com valor eficaz de 230

V e ligeiramente desequilibradas o que est de acordo com a distribuio de cargas deste cenrio. As

correntes apresentam alguma distoro, que se deve elevada percentagem de cargas no lineares.

50

Figura 4.17 Formas de onda da tenso e da corrente sada do PT, no cenrio de ponta (80% SPT)

Figura 4.18 Formas de onda da tenso e da corrente no grupo sete, no cenrio de ponta (80% SPT)

Na tabela 4.2 esto representadas as quedas de tenso (mxima e mnima) registadas ao longo

da rede. Em todas as medies efectuadas verificam-se valores coerentes com um cenrio real e

inferiores aos 10% impostos pela norma NP50160 [Norma Portuguesa EN 50160, 1995].

Tabela 4.2 Quedas de tenso ao longo da rede para o cenrio 2, tenso nominal e sem microgerao

Quedas de tenso (% da tenso nominal)

Vmin Vmx

2.4 5.1

Nas figuras 4.19, 4.20 e 4.21 apresentam-se as medies do factor de potncia em cada grupo,

sem e com microgerao. Tendo em conta que o factor de potncia medido numa rede real

aproximadamente 0.9, consideram-se estes valores aceitveis.

51

Figura 4.19 - Comparao grfica do factor de potncia para cada grupo, na fase R, no cenrio de ponta (80% SPT), tenso nominal

Figura 4.20 - Comparao grfica do factor de potncia para cada grupo, na fase S, no cenrio de ponta (80% SPT), tenso nominal

-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Grupo 10

Grupo 9

Grupo 8

Grupo 7

Grupo 6

Grupo 5

Grupo 4

Grupo 3

Grupo 2

Grupo 1

PT


-1 -0,8 -0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

Grupo 10

Grupo 9

Grupo 8

Grupo 7

Grupo 6

Grupo 5

Grupo 4

Grupo 3

Grupo 2

Grupo 1

PT


52

Figura 4.21 - Comparao grfica do factor de potncia para cada grupo, na fase T, no cenrio de ponta (80% SPT), tenso nominal

Das simulaes efectuadas ao cenrio 2, obtiveram-se as taxas de distoro harmnicas da

tenso (TDHU) nos dez grupos de consumidores.

Verifica-se que, para o cenrio sem microgerao a TDH varia de acordo com o tipo, quantidade e

distribuio das cargas.

Nos dois cenrios com microgerao, os valores medidos so ligeiramente superiores aos do

cenrio sem microgerao. De forma a facilitar esta comparao representam-se estes valores em

figuras.

Da observao das figuras 4.22, 4.23 e 4.24, verifica-se que o impacto da microgerao no

cenrio de ponta do transformador muito pouco significativo. Neste cenrio, com 10% de

microgerao, a TDHU varia muito ligeiramente existindo grupos onde os valores praticamente no se

alteram. Com 25% de microgerao, existe um aumento ligeiramente superior, embora no seja

significativo (aproximadam

Documents

Impacto Da Microgeração Na Qualidade Da Energia