Requisitos de desempenho dinâmico do controle de tensão no SIN: estudo de caso de uma usina fotovoltaica

Abstract

O aumento do consumo energético e a busca por fontes de energia mais limpas são razões que impulsionam a expansão da matriz energética, especialmente em relação às fontes de energia renováveis. Com a presença cada vez mais significativa dessas fontes de geração de energia no Sistema Interligado Nacional (SIN), garantir uma resposta dinâmica satisfatória do controle de tensão é fundamental para assegurar a estabilidade do sistema. O objetivo deste trabalho consiste em estudar as medidas necessárias para cumprir os requisitos de desempenho dinâmico do controle de tensão estabelecidos pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), por meio de um estudo de caso em uma usina solar fotovoltaica. A metodologia empregada inclui a elaboração de um modelo matemático do controle de planta, com base no modelo de inversor fornecido pelo fabricante, e na representação dos atrasos inerentes à integração dos elementos que compõem a planta fotovoltaica, que são de especial interesse para o desempenho dinâmico do controle de tensão da planta. O modelo matemático é desenvolvido nos softwares de simulação Anatem e ATP, capazes de reproduzir a dinâmica da planta em transitórios eletromecânicos e eletromagnéticos, respectivamente. A partir do modelo desenvolvido foram realizadas simulações computacionais no programa Anatem, tendo como foco a resposta dinâmica do controle de planta. Os resultados indicam que a viabilidade para atender a esses requisitos está condicionada à redução dos atrasos existentes na malha de controle e à adequada parametrização do controle da planta.

The increase in energy consumption and the quest for cleaner energy sources are reasons driving the expansion of the energy matrix, especially concerning renewable energy sources. With the increasingly significant presence of these energy generation sources in the Brazilian Interconnected Power System (BIPS), ensuring a satisfactory dynamic response in voltage control is fundamental to guarantee system stability. The objective of this work is to study the necessary measures to meet the dynamic performance requirements of voltage control established by the Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), the Brazilian system operator, through a case study in a solar photovoltaic plant. The employed methodology includes the development of a mathematical model of plant control, based on the inverter model provided by the manufacturer and the representation of inherent delays in the integration of elements that make up the photovoltaic plant, which are of particular interest for the dynamic performance of the plant’s voltage control. The mathematical model is developed in simulation software Anatem and ATP, capable of reproducing the dynamics of the plant in electromechanical and electromagnetic transients, respectively. Simulations were conducted using the Anatem program, focusing on the dynamic response of plant control. The results indicate that the feasibility to meet these requirements is contingent upon reducing existing delays in the control loop and adequately parameterizing the plant control.