Inserção da estimação do nível de inércia no planejamento da expansão dos sistemas de transmissão de energia elétrica

Abstract

O cenário de transição energética ao redor do mundo e o aumento da utilização das fontes de energias renováveis intermitentes e não controláveis, com destaque para a geração eólica, podem, por um lado beneficiar o sistema elétrico na perspectiva energética, e por outro lado tornar os sistemas de energia mais vulneráveis, reduzindo aspectos importantes da confiabilidade pelo lado da segurança na operação interligada. Um dos impasses existentes é que fontes de energia (geração eólica e solar fotovoltaica), são mais restritas para a resposta inercial ao sistema elétrico, impondo alguma fragilidade para o balanço carga-geração. Neste contexto, surge a necessidade de acompanhamento de requisitos de inércia total do sistema elétrico em diferentes etapas de planejamento da expansão. No entanto, os avanços nessa linha de pesquisa ainda são complexos e escassos, e exigem um grande esforço metodológico e computacional que incluí a modificação e construção de base de dados, necessários para a realização de simulações que envolvam adequação e segurança concomitantemente. Sendo assim, o principal objetivo desta dissertação de mestrado é introduzir aspectos de monitoramento de inércia no planejamento da expansão. Neste documento, é realizada a análise do IEEE Reliability Test System: A Proposed 2019 Update. Este sistema teste está preparado para abordar temas voltados a nova realidade dos sistemas de energia elétrica, considerando grande participação de fontes renováveis em sua matriz energética. De forma a ilustrar o potencial da metodologia são realizadas análises do sistema interligado nacional (SIN) do Brasil, para os cenários de planejamento contidos no plano decenal 2020 e 2030 elaborados pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE).

Abstract: The scenario of energy transition around the world and the increasing use of intermittent and uncontrollable renewable energy sources, with a focus on wind power generation, can, on one hand, benefit the electricity system from an energy perspective, but on the other hand, make energy systems more vulnerable, reducing important aspects of reliability from the security standpoint of interconnected operation. One of the existing impasses is that energy sources (wind and photovoltaic solar generation) are more restricted in providing inertial response to the electrical system, imposing some fragility to the load-generation balance. In this context, there is a need to monitor the total inertia requirements of the electrical system at different stages of expansion planning. However, advances in this research area are still complex and scarce, requiring significant methodological and computational efforts, including the modification and construction of databases, necessary to carry out simulations that involve adequacy and safety simultaneously. Therefore, the main objective of this master's dissertation is to introduce aspects of inertia monitoring in expansion planning. In this document, an analysis is carried out on the IEEE Reliability Test System: A Proposed 2019 Update. This test system is prepared to address topics related to the new reality of electrical energy systems, considering a large participation of renewable sources in its energy matrix. In order to illustrate the potential of the methodology, analyses are carried out on Brazil's national interconnected system (SIN) for the planning scenarios contained in the 2020 and 2030 decennial plans developed by the Energy Research Company (EPE).