Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc. <heldwein@inep.ufsc.br>

Introdução a

redes ativas de distribuição Eletrônica de Potência para

Redes Ativas de Distribuição

Refs.:

Z. Styczynski et al., “NetMod: Reduced Models of Complex Electrical Networks

with Dispersed Generation ,” 2006.

Sistema de energia convencional

2

Rede de distribuição unidirecional

— Rede de distribuição:

• É a parte de um sistema de energia que

distribui energia elétrica para uso local

— Rede ativa de distribuição:

• Rede de distribuição que apresenta fluxo

bidirecional de energia

Redes de distribuição ativas

3

Sistema de energia com fluxo bidirecional

4

Rede ativa de distribuição (bidirecional)

— Motivadores primários

• Combustíveis fósseis são finitos

• Emissão de gases de efeito estufa

• Poluição

• Eficiência energética

• Aumento da demanda

• Disponibilidade de geração local

• Qualidade de energia

• Disponibilidade de energia

— Resultado

• Necessidade de integração de recursos

distribuídos

o Geração

o Armazenamento

o Controles locais

Motivação para RADs

5

6 INEP

Geração distribuída e armazenamento

Fontes: http://www.wapa.gov/es/pubs/esb/2001/01Jun/graphics/microturbines_big.jpg http://cache.jalopnik.com/cars/assets/resources/2007/11/Ballard-Fuel-Cell.jpg

Fontes: http://www.flickr.com/photos/caveman_92223/3186143355/ http://www.advantech.com/solutions/eHome/images/Scenario-chart.jpg

10’s Hz - kHz

10’s Hz

CC

CC

6

— Características principais

• Inclusão local de GD (geração distribuída)

o Renovável

o Não-renovável

• Armazenamento (distribuído) local

• Métodos de gerenciamento de redes

o Sistemas com inteligência distribuída

o Controles flexíveis

o Comunicação

• Gerenciamento de carga

o Demand response

o Load shedding

Redes de distribuição ativas

7

— Exemplos

Esquemas de conexão (radial)

8

— Exemplos

Esquemas de conexão (anel)

9

— Exemplos

Esquemas de conexão (sistema interconectado)

10

— Exemplos

Esquemas de conexão (sistema reticulado simples)

11

Protetores de rede

— Exemplos

Esquemas de conexão (sistema reticulado condensado)

12

Protetores de rede

— Exemplos

Esquemas de conexão (reticulado com primário seletivo)

13

Protetores de rede

Exemplo: Hachinohe, Japan

14

Exemplo: Hachinohe, Japan

15

Exemplo: Sendai, Japan

16

Exemplo: Sendai, Japan

17

Exemplo: Aichi, Japan

18

Exemplo: Kythnos, Greece

19

Exemplo: Bronsbergen, Netherlands

20

Exemplo: Bronsbergen, Netherlands

21

Exemplo: Boston Bar – BC Hydro, Canadá

22

Exemplo: Am Steinweg in Stutensee – Germany

23

Exemplo: CESI RICERCA DER test microgrid – Italy

24

Exemplo: The CERTS Testbed – USA

25

— Níveis de tensão adequados

• Variações de tensão para os consumidores deve ser

minimizada

• Tensão baixa

o Multas

o Perdas em iluminação

o Degradação de motores

• Tensão alta

o Prejuízos à lâmpadas, chuveiros

o Falhas de eletrônicos

Requisitos para uma rede de distribuição

26

— Mudança dos perfis de tensão e corrente

— Necessidade de controles e esquemas de proteção

— Maior flexibilidade e confiabilidade

Efeitos da integração de GD em uma rede de distribuição

27

28 INEP

– Rede rural em MT

– Caso simplificado

– Benchmark estipulado

pelo CIGRE SC6

– T‘s são pontos de

separação

• T‘s abertos => radial

• T‘s fechados => anel

28

Estudo de caso

Parâmetros da rede

29

Parâmetros da rede

30

Parâmetros da rede

31

32 INEP

Parâmetros da rede

32

33 INEP

Parâmetros da rede

33

Perfis de carga

34

Perfis de carga

35

36 INEP

– Objetivos do estudo

• Impactos em

• Fluxo de potência

• Perfis de tensão

• Perdas

• Proteção

• Outros possíveis

impactos

• Qualidade de

energia

• Estabilidade de

pequenos sinais

• Estabilidade de

tensão

• Capacidade de

transmissão

36

Estudo de caso

37 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 0 – Não há GD

37

38 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 1 – PV instalado

• 10% da potência total

38

39 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 2 – PV instalado

• 50% da potência total

39

40 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 3 – PV instalado

• 50% da potência total

– Ger. eólico

• 1,5 MW no nó 7

40

41 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 4 – PV instalado

• 50% da potência total

– Ger. eólico

• 3 MW no nó 7

41

42 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 5 – PV instalado

• 50% da potência total

– Ger. eólico

• 6 MW no nó 7

42

43 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 6 – PV instalado

• 50% da potência total

– Ger. eólico

• 3 MW no nó 6

• 3 MW no nó 11

43

44 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 7 – PV instalado

• 50% da potência total

– Ger. eólico

• 6 MW

– Ger. diesel (640 kW)

44

45 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 8 – PV instalado

• 50% da potência total

– Células combustível

• 45% da potência total

– Ger. diesel (640 kW)

45

46 INEP

Cenários de simulação

— Cenário 9 – PV instalado

• 50% da potência total

– Ger. eólico

• 6 MW

– Ger. diesel (640 kW)

46

Perfis de geração

47

Perfis de geração

48

Perfis de geração

49

50 INEP

Perfis de geração

— Fuel cell

• Rendimento elétrico 30%

• Rendimento térmico 50%

– Célula

• P = 70%

• 5oC < tin < 10oC

• P = 100%

• 10oC < tin

• Desliga

• tin < 5oC

50

— Fuel cell

Perfis de geração

51

Perfis de geração

52

Alteração de taps

53

Resultados de simulação

54

Resultados de simulação

55

Resultados de simulação

56

Resultados de simulação

57

Resultados de simulação

58

Resultados de simulação

59

Resultados de simulação

60

Resultados de simulação

61

— Rede em anel

Resultados de simulação

62

Resultados de simulação

63

64 INEP64

Radial x reticulada

Resultados de simulação

65

Resultados de simulação

66

Resultados de simulação

67

— EP = ( Perdas (P) *tempo ) / ( Potência ativa total * tempo )

Resultados de simulação

68

— EQ = ( Perdas (Q) * tempo ) / ( Potência reativa total * tempo )

Resultados de simulação

69

— Exemplo 1

• Situação 1

o Se a falta for em A ou próxima de DG

o Monitorar a tensão no barramento e abrir PD

Influência de GD em esquemas de

proteção

70

— Exemplo 1

• Situação 2

o Se a falta for em C ou longe de DG

o UMZ-2 deverá ser mais rápida que UMZ-1 e abrir

Influência de GD em esquemas de

proteção

71

— Exemplo 1

• Situação 3

o Se a falta for em B ou mais ou menos longe de DG

o UMZ-1 possivelmente abrirá

Influência de GD em esquemas de

proteção

72

— Outros possíveis problemas

• Islanding

o Fontes de GD mantém energizada uma parte da rede

• Atuação de protetores de rede

o Estes são protetores que só permitem fluxo de potência em uma única direção

Influência de GD em esquemas de

proteção

73

74 INEP

Rede exemplo 1

– Rede radial sem GD

– Fluxo unidirecional

– Somente disjuntores e

fusíveis são utilizados

74

75 INEP

Rede exemplo 2

– Rede radial com GD

– Fluxo bidirecional

– Em caso de falta, todas as

unidades de GD são

desconectadas

– Somente disjuntores e

fusíveis são utilizados

75

76 INEP

Rede exemplo 3

– Rede em anel com GD

– Fluxo bidirecional

– São gerados anéis para

circulação de corrente

– Possibilidades:

• Proteção diferencial

• Proteção contra

sobrecorrentes com

módulos de direção e

comunicação

76

— GD influencia a operação de redes de distribuição

— Níveis de tensão tendem a ser maiores com GD

— GD pode sobrecarregar os condutores (se houver

muita GD e pouca demanda)

— Pode-se reduzir ou aumentar as perdas na rede de

distribuição com a inclusão de GD

— A arquitetura da rede tem grande influência

— Um sistema de gerenciamento central ajudaria a

operar a rede de uma maneira ótima

— Os pontos de inserção de GD são importantes

— Inclusão de GD deve ser feita com conhecimento

Pontos importantes

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