Análise de Efeitos da Expansão da Geração Renovável Não Convencional no Desempenho do Controle de Frequência do Sistema Interligado Nacional

Abstract

A expansão da geração eólica e fotovoltaica no Brasil se intensificou na última década. Tradicionalmente, a matriz elétrica brasileira foi formada por usinas hidrelétricas e em menor parte por usinas termelétricas. Entretanto, essas fontes de energia convencionais têm menores perspectivas de expansão. Atualmente, a construção de novas usinas hidrelétricas tem gerado grandes discussões em torno de seus impactos sociais e ambientais, uma vez que os rios com potencial relevante e que estão disponíveis para construção de novas usinas estão localizados na região amazônica brasileira. Para as usinas termelétricas há o problema da emissão de gases de efeito estufa, além de ser uma energia mais cara e não renovável. Logo, a expansão da geração eólica e fotovoltaica é um caminho natural a ser seguido no mundo em especial no Brasil que apresenta grande potencial para expansão dessas fontes de energia. Essa mudança que vem acontecendo na matriz elétrica brasileira pode trazer problemas técnicos, entre eles aquele relacionados ao desempenho do controle da frequência elétrica. De fato, as fontes de geração eólica e fotovoltaica são conectadas ao sistema elétrico por meio de conversores eletrônicos, não contribuindo diretamente para a resposta inercial do sistema. Atualmente, tais usinas não participam da regulação primária e secundária de frequência e não agregam reserva operativa. Países com grande participação dessas fontes de energia já estão verificando problemas no controle da frequência elétrica. Este trabalho tem como objetivo analisar o desempenho do controle de frequência elétrica do Sistema Interligado Nacional (SIN), em períodos com maior ou menor proporção de geradores não convencionais encarregados do suprimento à carga do SIN. Para isso, foram utilizados dados de geração e carga referentes ao ano 2021, disponíveis no site do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), e dados de frequência elétrica com origem em unidades de medição fasorial (PMUs) associadas ao Projeto Medfasee-BT.

The expansion of wind and photovoltaic generation in Brazil has intensified in the last decade. Traditionally, the Brazilian electricity matrix was formed by hydroelectric plants and, to a lesser extent, by thermoelectric plants. However, these conventional energy sources have lower prospects of expansion. Currently, the construction of hydroelectric plants has generated great discussions around their social and environmental impacts, since the rivers with relevant potential and which are available for the installation of new power plants are in the Brazilian Amazon region. For thermoelectric plants, there is the problem of emitting greenhouse gases, in addition to being a more expensive and non-renewable energy. Therefore, the expansion of wind and photovoltaic generation is a natural path to be followed in the world, especially in Brazil, which has great potential for expanding these energy sources. This change that comes internally in the Brazilian electrical matrix can bring technical problems, among those related to the performance of the frequency control. In fact, wind and photovoltaic generation sources are connected to the power system through electronic converters, not directly adding inertial response to the system. Currently, such plants do not participate in the primary and secondary frequency control and do not add spinning reserve. Countries with a large share of these energy sources are already experiencing problems in controlling the power system frequency. This work aims to analyze the performance of the frequency control of the Brazilian National Interconnected Power System (SIN), in periods with a greater or lesser proportion of conventional generators in charge of supplying the total load. For this, generation and load data for the year 2021 available on the website of the Brazilian System Operator (ONS) and frequency data from phasor measurement units (PMUs) associated with the Medfasee-BT Project were used.