Avaliação de carga não suprida considerando as perspectivas estática e dinâmica

Abstract

As políticas públicas relacionadas ao incentivo de fontes renováveis alcançaram, rapidamente, escala global. Atualmente, é consenso que o uso de geração renovável com tecnologias de base eólica e solar promovem maior eficiência energética para os sistemas interligados. Contudo, também é consenso que a redução de fontes de energia com base em tecnologias térmicas, derivadas de combustíveis diversos, deve ser planejada não apenas observando os aspectos de adequação dos sistemas interligados, mas principalmente, observando aspectos de segurança dos sistemas de geração e transmissão. A redução da geração síncrona, relacionada às tecnologias hidráulicas e térmicas, afetam, por exemplo, a inércia e a capacidade de tomada de carga dos sistemas elétricos, quando esses experimentam eventos transitórios de natureza eletromecânica. Por outro lado, a geração renovável adiciona incertezas que devem ser consideradas no planejamento da operação. Como consequência, paradigmas válidos até então devem ser revisados e novas propostas operativas criadas. Nesse contexto, esse trabalho busca dois objetivos. O primeiro é verificar se os resultados obtidos na simulação probabilística de adequação dos sistemas de geração e transmissão refletem diretamente as mesmas condições na análise da segurança desses sistemas. O segundo avalia a contribuição da geração renovável na resposta primária de controle de frequência, estabelecendo quatro estratégias como base de comparação. São executados testes em dois cenários de sistemas elétricos, que derivam do sistema teste 14 barras do Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE). Os estudos são iniciados por meio de uma análise probabilística, utilizando Simulação Monte Carlo Sequencial (SMCS). Na sequência, são selecionados pontos de operação (estados) segundo critérios estabelecidos nesse trabalho, com o propósito de serem investigados na ferramenta PowerFactory. A intenção é possibilitar o estudo da perspectiva determinística da segurança, executando simulações dinâmicas. Comparando os resultados entre a análise estática, inserida em um framework probabilístico, e a análise dinâmica de base determinística, pôde-se observar divergências consideráveis entre a estimativa de corte de carga em ambos os ambientes de simulação. Esse trabalho evidencia a necessidade de melhoria na estimação de carga não suprida, observada pela divergência significativa entre a análise estática e a análise dinâmica. Também demonstra que, para os sistemas elétricos simulados, o nível de penetração de energia renovável tem influência significativa no desempenho das estratégias de controle primário.

Abstract: Public policies encouraging renewable energy sources have rapidly expanded on a global scale. It is now widely accepted that utilizing renewable generation technologies, especially wind and solar, promotes greater energy efficiency for interconnected power systems. However, it is equally recognized that the reduction of energy sources based on thermal technologies, derived from various fuels, must be planned not only by considering the adequacy of interconnected systems but, more importantly, by addressing the security of both generation and transmission systems. The reduction in synchronous generation, associated with hydroelectric and thermal technologies, affects, for example, the system inertia and load change capability of power systems during electromechanical transient events. On the other hand, renewable generation introduces uncertainties that must be considered during operational planning. Consequently, paradigms that have been valid up to now need to be revised, and new operational proposals must be developed. In this context, the present work pursues two objectives. The first is to verify whether the results obtained from the generation and transmission systems probabilistic adequacy analysis directly reflect the same conditions in the security analysis of these systems. The second objective is to evaluate the contribution of renewable generation to the primary frequency control response, establishing four strategies as a basis for comparison. Tests are carried out on two power system scenarios derived from the Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 14-bus test system. The study begins with a probabilistic simulation using Sequential Monte Carlo Simulation (SMCS). Thereafter, operating points (states) are selected according to criteria established in this work for further investigation using the PowerFactory tool. The purpose is to enable the study of security from a deterministic perspective by performing dynamic simulations. When comparing the results between the static analysis embedded in a probabilistic framework and the deterministic dynamic analysis, considerable discrepancies were observed in the load shedding estimates across both simulation environments. This work highlights the need for improvement in loss of load estimation, as evidenced by the significant divergence between static and dynamic analyses. It also demonstrates that, for the simulated power systems, the level of renewable energy penetration significantly influences the performance of the primary control strategies.