Compra e Venda de Energia Elétrica com Geração

em Paralelo com a Concessionária

Jardel Gonçalves Castro de Sousa, João Batista Ferreira de Carvalho, Ozinilda do Socorro Vieira Nacif e Rafael

Angelin Silva. Instituto de Ensino Superior da Amazônia, Endereço Avenida Governador José Malcher, 1148 – Nazaré – Belém-PA

Resumo - O sistema de geração de energia elétrica, a central

termoelétrica, em paralelo com a concessionária na usina

siderúrgica, a qual fornece gás como resíduo de seu processo, é

um tipo de sistema, que por sua complexidade nas manobras de

elevadas grandezas químicas, mecânicas e elétricas, requer um

controle que seja capaz de tomar decisões rápidas e eficazes.

Embora abranja vários segmentos da área industrial, focaremos

o nosso objetivo apenas nas simulações e estudo do fluxo de

cargas ocorrido na importação e exportação de energia elétrica

do sistema, as diversas funções de proteção e distúrbios mais

comuns na operação, tornando possível a compreensão de

alguns problemas existentes e a criação de suas possíveis

soluções.

Palavras-chaves Importação, exportação, compra e venda de

energia elétrica através da central termoelétrica.

I. INTRODUÇÃO

Inicialmente este estudo tinha como tema “Modelagem e

Simulação de Cargas Elétricas no Barramento Industrial”,

como a configuração dos tipos de sistemas enfocados, que

eram o Sistema Elétrico de Potência das usinas Siderúrgicas

Fig.1 que possuem geração de energia elétrica através de

termoelétrica gerando energia elétrica em paralelo com a

concessionária com o uso de um combustível proveniente de

um resíduo do processo industrial, o estudo foi tomando outra

forma, na qual, explicitava nos sistemas de geração em

paralelo a compra e venda de energia elétrica como principal

objetivo.

Então verificamos que para operar com um sistema de

geração de energia elétrica em paralelo com a concessionária,

sendo essa geração com quaisquer que sejam as fontes de

força locomotora exigia-se um sistema de proteção baseado

em resoluções e normas técnicas.

A. Funcionamento e proteções usadas na geração de

corrente alternada em paralelo com outra fonte

Todo sistema de geração de energia que funciona em paralelo

com outras fontes de energia elétrica, sendo a concessionária

ou outro sistema de geração em um determinado barramento

funcionam da seguinte maneira:

1) Quando o gerador que está prestes a entrar em paralelo

está em velocidade e tensão plena após a sua rampa de

partida a primeira situação para paralelismo é verificada pela

proteção com a função de sincronismo. As condições de

sincronismo são frequência, tensão e ângulo de fase. Esta

função tem múltiplo controle, a variação de velocidade

controlada do gerador pela função faz com que o mesmo

obtenha a frequência desejada e o ângulo de fase do referido

barramento já energizado por outra fonte de corrente

alternada. Outra função desta proteção de sincronismo é

verificar a diferença de potencial entre as fases A, B e C do

gerador e as fase do barramento A’, B’ e C’ respectivamente,

o nível de diferença de potencial desejado é zero, porém

existe uma tolerância aceitável para acionar o paralelismo.

Sempre que a sincronização é iniciada o regulador de tensão

controla a tensão para que fique em nível desejado e o

controle de velocidade varia a velocidade do gerador para

encontrar o ângulo de fase e a frequência do barramento que

são os desejados.

Falando ainda da função de sincronismo relacionada a

diferença de potencial entre as fases do gerador e barramento,

sempre que houver uma tentativa de acionar o paralelismo

com tal nível de tensão fora do valor desejado, pode haver

sobrecorrente proveniente da própria diferença de potencial,

acionando a proteção de sobrecorrente temporizada ou a

proteção de sobrecorrente instantânea, ou seja, com estas

funções é possível determinar a tolerância para a diferença de

potencial mencionada anteriormente.

2) Outra das fundamentais proteções de um sistema de

geração em paralelo é a função de proteção contra potência

reversa. Esta função é usada basicamente para que o gerador

nunca seja motorizado, ou seja, para que o gerador não faça

uma geração negativa e se torne um consumidor. Esta

proteção é predeterminada para o gerador opere em uma faixa

de 5 a 100%, por exemplo, da potência nominal do gerador

com os 5% iniciais como uma faixa de segurança. Outra

aplicação para esta função é limitar a potência de exportação

que é a potência excedente ao consumo, ou seja, se a geração

está a 100% e a potência consumida pela carga é 40% então a

exportação é de 60%, neste caso, a potência é vista como

negativa -60% porque está no sentido inverso de entrada.

Esta aplicação é usada para que a geração não possa

alimentar excessivamente uma possível falta da

concessionária em uma, duas ou três fases.

Nos modelos de sistema de geração de energia em questão

podemos destacar como as principais funções de proteção

inseridas no controle, alguns dos os relés de proteção

identificados na tabela ANSI- American National Standards

Institute ou ainda no padrão IEC-61850 International

Eletrotechnical Comission. Os relés de proteção são

dispositivos comutadores eletromecânicos com funções

predeterminadas.

3) Quando uma termoelétrica gera uma potência inferior a

carga consumida em paralelo com a concessionária e ocorre

uma falta da concessionária, desta forma, o sistema

“importava energia”. No ato da falta da concessionária o

controle do gerador o faz assumir toda a potência exigida

pela carga, e assim, acelera desordenadamente o fluxo de

vapor na entrada da turbina para manter os seus parâmetros

de funcionamento, gerando distúrbios que podem fazer atuar

as proteções do sistema, neste caso a ocorrência mais comum

é a atuação do relé de Subfrequência.

4) Quando o sistema gera uma potência superior a carga

consumida em paralelo com a concessionária e ocorre uma

falta da concessionária, desta forma, o sistema “exportava

energia”. No ato da falta da concessionária o controle do

gerador o faz diminuir a potência gerada já que a potência da

carga era menor do que a potência gerada, e assim, desacelera

o fluxo de vapor na entrada da turbina e o comprime na

caldeira para manter os seus parâmetros de funcionamento,

gerando distúrbios qu podem acionar as proteções do sistema,

neste caso a ocorre a atuação do relé de Sobrefrequência.

5) Quando o gerador gera energia em singelo, ou seja, com o

disjuntor da concessionária desligado em equilíbrio perfeito

entre a geração de potência e o consumo. Desta forma o

sistema varia apenas de acordo com as oscilações internas

desconsiderando os parâmetros de sincronismo.

B. Simulação do sistema de geração com parte das

proteções envolvidas.

1) As simulações dos sistemas de geração em paralelo e as

cargas de consumo foram feitas no MATLAB/SIMULINK,

embora nãofuncionassem simultaneamente como da forma

prevista com um sistema unificado funcionando por um

longo tempo, foi possível medir as potências de geração,

consumo, exportação e importação ou compra e venda de

forma simplificada e ainda simular proteções com uma

parametrização baseada em dados obtidos em campo com

condições similares a situação real de funcionamento.

Os programas de simulação dos sistemas são compostos de

Força, medição e controle, onde podemos distinguir os

componentes de força como; fontes trifásicas, geradores,

medidores de energia, motores elétricos, seccionadores e

barramentos. A parte de medição e controle (2) engloba

blocos matemáticos comparadores com entradas analógicas

com saída de sinal digital (booleano), o nível lógico das

saídas das proteções são 1 para situação normal e 0 para

proteção atuada, todos os blocos de proteção estão

conectados em um bloco AND de múltiplas entradas, sempre

que uma proteção atua a saída do bloco passa para nível

lógico 0 e desliga o switch que aciona o seccionador. Caso

todas as proteções estejam em situação normal, as suas saídas

ficam com o nível lógico 1 que entram no bloco AND e

mantém a saída em nível lógico 1 que aciona o switch que

fecha o seccionador.

A Tabela 1 contém as descrições das funções de proteção

mais comuns dos sistemas de geração em paralelo que foram

simuladas neste estudo.

Figura 1. Imagem de simulação de paralelismo.

Figura 2. Detalhe do sistema de controle e proteção.

TABELA 1 RELÉS MAIS USADOS NO SISTEMA

Código Descrição da Função

25

32

46

50

51

59

65

78

81

86

90

Relé de verificação de Sincronismo ou

Sincronização.

Relé direcional de potência

Relé se sequência negativa

Relé de sobrecorrente instantâneo.

Relé de sobre corrente temporizado.

Relé de sobretensão.

Relé regulador de velocidade.

Relé de medição de ângulo de fase/

proteção contrafalta de sincronismo.

Relé de sub / sobrefrequência.

Relé auxiliar de bloqueio.

Dispositivo de regulação.

FONTE: TABELA ANSI/IEC61850

Programa de incentivo às fontes

Alternativas de energia elétrica PROINFA

O Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia

Elétrica PROINFA, descrito pelo Decreto n° 5.025 de 2004,

foi instituído com o objetivo de fomentar a participação da

energia elétrica produzida por empreendimentos concebidos

com base em fontes eólicas, biomassa e pequenas centrais.

Hidrelétricas (PCH) no Sistema Elétrico Interligado Nacional

(SIN) [06].

O intuito consiste em diversificar a matriz energética

brasileira, de forma a se obter soluções para aumentar a

segurança no abastecimento de energia elétrica, além de

permitir a valorização das características e potencialidades.

Regionais e locais. A fim de alavancar as metas estabelecidas

pelo programa, o Ministério de Minas e Energia MME ficou

responsável por definir as diretrizes, elaborar o planejamento

do programa e definir o valor econômico de cada fonte.

Porém, a função de agente executor com a elaboração de

contratos de compra e venda de energia (CCVE) coube às

Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás).

Conclusão

Este artigo mostra um modelo de compra e venda de energia

elétrica. Que pode operar com um sistema de geração de

energia elétrica em paralelo com a concessionária, sendo essa

geração com quaisquer que sejam as fontes de força

locomotora. Para se ter uma ideia melhor desta proposta foi

inicialmente feito um estudo mais detalhado dos equipamento

de forma individual para que se pudesse expandir o resultado

obtido nas simulações feitas em nosso sistema . Nosso foco

nas simulações e estudo do fluxo de cargas ocorrido na

importação e exportação de energia elétrica do sistema nos

mostrou que se faz necessário a utilização das diversas

funções de proteção mais comuns na operação, pesquisa esta

que tornou e tornará possível a compreensão de alguns

problemas futuros existentes, e a criação de suas possíveis

soluções.

REFERÊNCIAS 1] J.M, Filho. –Manual de Equipamentos Elétricos. Editora LTC, Terceira

edição.

[2] Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, Resolução nº 456, de 29

de novembro de 2000.

[3] WEG INDÚSTRIAS S.A. Módulo 1 comando e proteção. Jaraguá do

Sul: Centro de treinamento de clientes, 2001..

[4]A. E. Fitzgerald,C. K. Junior, S. D. Umans “Maquinas Elétricas” 6ª

Edição [5]E.Bim.-Máquinas Elétricas e Acionamentos. Editora Campus, Segunda

Edição