Análise do controle Volt/VAr em redes de distribuição de energia na presença de geração distribuída conectada via conversores estáticos

Abstract

A Geração Distribuída (GD) é uma modalidade de geração de energia definida na REN 482 da ANEEL, que em 2015 foi reajustado para REN 687. É uma modalidade que tem crescido muito no Brasil, principalmente a energia eólica e a energia solar. Esta última corresponde a 90\% da geração distribuída e traz consigo algumas vantagens como redução em necessidade de investimento em expansão da rede elétrica para acompanhar o aumento crescente da demanda e redução de perdas de transmissão por estarem mais próximas ao consumidor. Por outro lado, a energia solar, assim como a energia eólica, fazem parte de fontes de geração intermitentes, qualquer mudança na intensidade dos seus recursos, irradiação solar e vento respectivamente, pode provocar uma alteração na magnitude de tensão, levando a operação excessiva dos equipamentos convencionais de controle de tensão, como transformadores com comutação sob carga (On Load Tap Changer), reguladores de tensão (Voltage Regulators), e bancos de capacitores (Capacitor Banks). Neste trabalho foi realizada uma análise do impacto dessa geração na tensão do sistema e na operação dos equipamentos de controle, considerando a existência de uma metodologia de controle Volt/VAr. Foram realizados 19 testes, os sistemas fotovoltaicos foram distribuídos de três formas diferentes e também foram considerados um dia de muito sol e um dia de pouco sol. Foi implementado um algorítimo Volt/VAr coordenado usando a lógica fuzzy, no Matlab e o OpenDSS para o cálculo do fluxo de potência. Foram avaliados os impactos da função Volt/VAr dos conversores estáticos no perfil de tensão e nas perdas elétricas para o sistema teste IEEE 34 barras. Como resultado do estudo, as funções Volt/VAr dos conversores estáticos mostraram um potencial significativo na correção de tensão e na redução do número de comutações dos equipamentos de controle de tensão. Também é possível concluir que determinar uma boa distribuição dos sistemas fotovoltaicos em termos de potência ativa máxima em uma determinado barra da rede elétrica é muito importante. Chegou-se a conclusão de que distribuir os sistemas fotovoltaicos em 6 unidades de 150 kW é mais atrativo para os equipamentos de controle de tensão e também para um melhor perfil de tensão do sistema elétrico.

Abstract: Distributed generation (DG) is a type of energy generation defined in ANEEL's REN 482, which in 2015 was amended to REN 687. It is a type of generation that has grown a significant amount in Brazil, especially wind and solar energy. The latter accounts for 90\% of distributed generation and provides some advantages, such as a reduction in the need to invest in expanding the electricity grid to keep up with the growing demand and a reduction in transmission losses since they are closer to the consumer. On the other hand, solar energy and wind energy are intermittent generation sources, and any change in the intensity of their resources, solar irradiation and wind respectively, can cause a change in voltage magnitude, leading to excessive operation of conventional voltage control equipment, such as On Load Tap Changer transformers, Voltage Regulators and Capacitor Banks. This study analyzed the impact of this generation on the system voltage and on the operation of the control equipment, considering the existence of a Volt/VAr control methodology. Nineteen tests were carried out, the photovoltaic systems were distributed in three different ways and a very sunny day and a day with little sun were also considered. A coordinated Volt/VAr algorithm using fuzzy logic was implemented in Matlab and OpenDSS to calculate the power flow. The impacts of the Volt/VAr function of the static converters on the voltage profile and electrical losses for the IEEE 34-bus test system were evaluated. As a result of the study, the Volt/VAr functions of the static converters showed significant potential in voltage correction and in reducing the number of voltage control equipment tap changes. It is also possible to conclude that determining a good distribution of photovoltaic systems in terms of maximum active power on a given grid bus is very important. It was concluded that distributing the photovoltaic systems in 6 units of 150 kW is more attractive for the voltage control equipment and also for improving the voltage profile of the electrical system.