Efeitos da expansão da microgeração solar no desempenho do controle da frequência elétrica durante perturbações

Abstract

A expansão da geração fotovoltaica contribui para a redução da emissão de gases de efeito estufa, provenientes da queima de combustíveis fósseis, revelando-se um processo irreversível. Entretanto, a expansão deste tipo de fonte de geração assíncrona, que é conectada à rede por meio de conversores eletrônicos, pode dar origem a problemas técnicos ligados à operação do sistema elétrico. Por não agregar inércia ao sistema, a inserção da geração fotovoltaica tende a aumentar as taxas de variação de frequência elétrica e a reduzir os níveis da frequência mínima quando da ocorrência de contingências. Como consequência, o sistema elétrico fica sujeito ao agravamento de perturbações em função de possíveis desligamentos intempestivos de geração, incluindo o da microgeração fotovoltaica distribuída. Ressalta-se que a microgeração fotovoltaica tende a ter requisitos de conexão ao sistema elétrico menos exigentes, em função de sua conexão ser realizada na baixa tensão. Adicionalmente, a verificação de tais requisitos de conexão impõe dificuldades práticas, em função da pulverização desse tipo de fonte de geração. Para caracterizar tais efeitos, este trabalho apresenta aspectos do controle de frequência em sistemas elétricos, destacando sua relação com a proporção de geração síncrona e assíncrona em operação. Utilizando simulações computacionais, o trabalho ilustra a tendência da degradação do desempenho do controle frequência do Sistema Interligado Nacional (SIN) como consequência da substituição gradual de parte da geração síncrona pela geração assíncrona, de fonte eólica ou solar fotovoltaica. As análises têm como foco os efeitos da redução da inércia equivalente do sistema elétrico e de desligamentos intempestivos de geração durante perturbações, em particular da microgeração fotovoltaica.

The expansion of photovoltaic generation contributes to the reduction of greenhouse effect gases emission, that are originated by the combustion of fossil fuels, revealing itself to be an irreversible process. However, the expansion of this type of asynchronous generation source, connected to the grid by electronic converters, can lead to technical problems related to the power system operation. The photovoltaic generation penetration tends to increase the Rate of Change of Frequency (RoCoF) and to reduces the minimum frequency levels when contingencies occurs, since it does not aggregate inertia to the power system. Therefore, the power system is more subjected to worsening disturbances due to potential sudden generation shutdown, including the distributed photovoltaic microgeneration. It is worth to point out that photovoltaic microgeneration tends to have less demanding grid connection requirements, given it that its connection occurs on low voltage grids. In addition, verifying such connection requirements impose practical difficulties due to the pulverization of this type of generation. As to characterize said effects, this work presents frequency control aspects in power systems, highlighting its relation with the proportion of synchronous and asynchronous generation. Through computational simulations, this work illustrates the tendency of degradation of Brazilian NIS’ (National Interconnected System) frequency control performance, as a consequence of the gradual replacement of a portion of synchronous generation by an wind or solar asynchronous generation. The analyses focus on the effects of the reduction of the power system’s equivalent inertia and sudden generation shutdowns during disturbances, such as photovoltaic microgeneration in particularly.