geração distribuída usando veículos elétricos

8/2/2019 Gerao distribuda usando veculos eltricos

1/68

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARAN

JONAS CASTIGLIONI LIMA

IMPACTO DOS VECULOSELTRICOS SOBRE AS DECISESDAS CONCESSIONRIAS DE

ENERGIA

Curitiba, 2012.


2/68

JONAS CASTIGLIONI LIMA

IMPACTO DOS VECULOS

ELTRICOS SOBRE AS DECISESDAS CONCESSIONRIAS DEENERGIA

Dissertao apresentada como requisitoparcial para a obteno do grau de Mestreem Engenharia Eltrica, no Programa dePs-Graduao em Engenharia Eltrica,Departamento de Engenharia Eltrica,Setor de Tecnologia, da UniversidadeFederal do Paran,

Orientadora: Prof. Elizete Maria LourenoCo-Orientador: Prof. Marciano MorozowskiFilho

Curitiba, 2012.


3/68

RESUMO

Este trabalho tem como objetivo analisar o impacto que o crescimento do

mercado de veculos eltricos causar nas decises das concessionrias dedistribuio de energia eltrica. So apresentados os modelos de veculoseltricos disponveis no mercado e so feitas anlises sobre o seu consumo deenergia eltrica e sua capacidade de interagir com as redes de distribuio. Osimpactos so analisados em termos de mudanas nas curvas de carga dosistema, anlise de tenses nodais e perdas nas linhas da rede de distribuio,atravs do mtodo de simulao de Monte Carlo aplicado a um modelo

determinstico da rede baseado no clculo do fluxo de potncia pelo mtodo dasoma de potncias. Os resultados e grficos apresentados foram obtidos coma utilizao de um software desenvolvido em linguagem MATLAB e,inicialmente, permitem concluir que os impactos sero relevantes, a partir denveis de participao de 10% de veculos eltricos no mercado, e implicarona necessidade de novas estratgias para o planejamento do crescimento darede, sob os aspectos tcnico, econmico e financeiro.


4/68

Lista de figuras

Figura 1 arquitetura de um EV

Figura 2 HEV na configurao srieFigura 3 HEV na configurao paralelo

Figura 4 HEV na configurao mista

Figura 5 PHEV na configurao srie

Figura 6 PHEV na configurao mista

Figura 7 Nissan LEAF, referncia de EV para este estudo

Figura 8 Chevy VOLT, referncia como PHEV

Figura 9 curva de carga diria do alimentador BT

Figura 10 Topologia de um alimentador BT residencial

Figura 11 Fluxograma do motor de simulao.

Figura 12 Tenses nas barras ao longo do dia para 0% de participao

Figura 13 Tenses mdias e desvios padres s 4:00 horas



Figura 16 Curva de carga ativa, sem participao de EVs

Figura 17 Curva de carga ativa, com 20% de participao de EVs, incio de

recarga s 19:00 horasFigura 18 Curva de carga ativa, com 20% de participao de EVs, incio de

recarga 01:00 hora

Figura 19 Curva de carga ativa, com 20% de participao de EVs, incio de

recarga s 22:00 horas

Figura 20 Percentual de perdas ativas totais no alimentador BT

Figura 21 Percentual de perdas reativas totais no alimentador BT


5/68

Abreviaturas e Acrnimos

AGC - Automatic generation control (controle automtico da gerao)

ANEEL - Agncia Nacional de Energia Eltrica

BG - Balance Group (Grupo de Balanceamento de Energia)

CCEE - Cmara de Comrcio de Energia Eltrica

DS - Dinmica de Sistemas

EV - Electric Vehicle (veculo eltrico)

HEV - Hybrid Electric Vehicle (veculo eltrico hbrido)ICE - Internal Combustion Engine (motor de combustor interna)

IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers

INESC - Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores

MEV - More Electric Vehicles (veculos mais eltricos)

MME - Ministrio das Minas e Energia

MPC - Model Preditive Control (controle preditivo de modelo)

ONS - Operador Nacional do Sistema

PCH - Pequena Central Hidreltrica

PD - Programao Dinmica

PEV - Plug-in Electric Vehicle (veculo eltrico conectvel)

PHEV - Plug-in Hybrid Electric Vehicle (veculo eltrico hbrido conectvel

PQ - Programao Quadrtica

SEP - Sistema Eltrico de Potncia

SUV - Sport Utility Vehicle

V2G - Vehicle to Grid (veculo na rede)


6/68

SUMRIO

1. INTRODUO ............................................................................................. 8

1.1. MOTIVAO ......................................................................................... 81.2. OBJETIVO ............................................................................................ 91.3. RESULTADOS ESPERADOS ............................................................... 9

1.3.1. Resultados Gerais .......................................................................... 91.3.2. Resultados Especficos ................................................................ 10

1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAO ...................................................... 101.5. RESUMO BIBLIOGRFICO ................................................................ 121.6. CONCLUSO ..................................................................................... 22

2. CONSIDERAES SOBRE VECULOS ELTRICOS E SISTEMAS ....... 232.1. MODELOS DE VECULOS ELTRICOS ............................................ 232.2. REGULAO E SERVIOS ANCILARES .......................................... 302.3. REGULAMENTOS PARA FORNECEDORES DE ENERGIA ............. 312.4. VECULOS ELTRICOS E UTILIZAO DE ENERGIA NO BRASIL 33

3. VECULOS ELTRICOS E REDE: MODELOS DE CARGA, SOLUODETERMINSTICA E SIMULAO ESTATSTICA .......................................... 33

3.1. VECULOS ELTRICOS PUROS E HBRIDOS CONECTVEIS ....... 343.1.1. Veculo eltrico puro ..................................................................... 343.1.2. Veculo Eltrico Hbrido Conectvel ............................................. 35

3.2. DEMANDA DE ENERGIA DOS EVS E PHEVS ................................ 373.3. ANLISE DE SISTEMAS DE DISTRIBUIO .................................... 393.4. MTODO DE SIMULAO DE MONTE CARLO ............................... 40

4. SIMULAES ........................................................................................... 41

4.1. CARGAS RESIDENCIAIS COM VECULOS ELTRICOS ................. 414.2. HORRIOS E DURAO DAS RECARGAS DOS VECULOSELTRICOS .................................................................................................. 434.3. ALIMENTADOR BT RESIDENCIAL .................................................... 444.4. ALEATORIEDADE DAS CARGAS ...................................................... 474.5. CLCULO DO FLUXO DE POTNCIA ............................................... 474.6. CONCLUSO ..................................................................................... 48

5. RESULTADOS .......................................................................................... 495.1. TENSES NOS NS (BARRAS) DO ALIMENTADOR ...................... 50


7/68

5.2. MUDANAS NA CURVA DE CARGA DO SISTEMA.......................... 535.3. PERDAS NO SISTEMA ...................................................................... 565.4. CONCLUSO ..................................................................................... 57

6. CONCLUSES PRELIMINARES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS . 59ANEXO ............................................................................................................. 61REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................................. 64


8/68

8

1. INTRODUO

1.1. MOTIVAO

H cerca de quinze anos discutem-se os impactos potenciais, nos

sistemas de distribuio de energia eltrica, da introduo, em larga escala, de

veculos eltricos no mercado [1,2]. Os aspectos considerados vo desde itens

eminentemente tcnicos, como o nvel de harmnicas circulando na rede,

nmero de eventos de sobrecarga, regulao de tenso, desbalanceamento eperdas [3,4,5], at regulatrios, como, por exemplo, um sistema de penalidades

e recompensas para usurios de veculos eltricos, baseado no horrio e

freqncia de recargas por ele efetuadas, aplicados pela concessionria ou

pelas agncias estatais de superviso e controle de servios [9], passando por

impactos econmicos, tais como investimentos, custo da energia e despacho

econmico [6,7,8]. Mais recentemente, vem sendo estudada a possibilidade de

serem usados agregadores de veculos eltricos, que funcionariam como

agentes reguladores dentro dos sistemas de distribuio, operando ora como

consumidores ora como fornecedores de energia eltrica [10] ou de servios

ancilares. O objetivo destes agregadores seria o de auferir lucro com a venda

destes servios e/ou com a venda de energia para suprir contingncias de

fontes alternativas de energia, tais como, por exemplo, a elica [11] ou a

fotovoltaica, ou auxiliar no gerenciamento do sistema eltrico [12,13].

A busca por um aumento na eficincia energtica do setor de transportes de

passageiros e cargas no Brasil, bem como o crescimento da conscincia

ecolgica, dever conduzir gradual introduo de veculos eltricos hbridos

no mercado automobilstico, segundo SMITH [29]. A adequao dos conceitos


9/68

9

e idias desenvolvidos no hemisfrio norte realidade brasileira, onde as

regras de funcionamento do sistema eltrico, as caractersticas de gerao

bem como a matriz energtica dos transportes so significativamente

diferentes, foi o motivador principal deste trabalho.

1.2. OBJETIVO

A proposta deste trabalho analisar a influncia de um grande nmero

de variveis endgenas e exgenas sobre o processo de introduo deveculos eltricos no mercado automobilstico brasileiro. Estas variveis, que

afetam a deciso de concessionrias de energia eltrica e dos consumidores,

bem como do governo, referem-se a investimentos, polticas e aspectos

tcnicos do funcionamento e da conexo dos veculos rede de distribuio de

energia (V2G).

1.3. RESULTADOS ESPERADOS

Os resultados esperados so uma metodologia e seus modelos

associados, que permitam simular cenrios do crescimento do mercado de

veculos eltricos.

1.3.1. Resultados Gerais

A definio das variveis endgenas e exgenas do processo de

introduo dos veculos eltricos no mercado automobilstico brasileiro,

estabelecendo-se suas relaes de interdependncia, o resultado mais


10/68

10

significativo a ser alcanado, pois este conhecimento possibilitar a criao de

modelos de simulao para orientar as previses a serem feitas nos estudos de

planejamento energtico, econmico e financeiro necessrios para fazer frente

a esta nova situao do consumo de energia em nvel de distribuio.

1.3.2. Resultados Especficos

Especificamente, nesta primeira fase da pesquisa, o conhecimento das

variaes no estado de operao dos alimentadores de distribuio, causadas

pelo crescimento da participao dos veculos eltricos, na demanda deenergia eltrica em regies metropolitanas, possibilitar avaliar a importncia

deste crescimento, sob a tica de uma concessionria de distribuio. Outro

conhecimento a ser obtido a sensibilidade dos modelos desenvolvidos s

variaes estocsticas dos dados de entrada, visto que esta caracterstica

aleatoriedade de acesso aos sistemas eltricos

bem conhecida dacomunidade tcnica.

1.4. ESTRUTURA DA DISSERTAO

Esta dissertao est estruturada de modo a introduzir a discusso

sobre a presena de veculos eltricos no mercado de automveis, sua

interao com a rede eltrica e os impactos causados nas decises de

concessionrias de distribuio de energia. So conceituados os veculos

eltricos e sua participao como carga em sistemas de distribuio e

apresentados os mtodos de clculo de fluxo de potncia e de simulao de


11/68

11

Monte Carlo, usados na obteno dos resultados apresentados. Para maior

clareza, feita uma diviso em seis captulos, como segue:

1- Introduo

Apresentam-se os objetivos e resultados esperados, bem como o estado

da arte atravs de um resumo da bibliografia consultada.

2- Consideraes sobre Veculos Eltricos e Sistemas

So mencionados os veculos eltricos atualmente em desenvolvimento

no mundo, os servios de regulao e ancilares presentes em redes

eltricas, a regulamentao existente e em desenvolvimento, que possainterferir no uso de veculos eltricos, dados estatsticos sobre gerao e

consumo de energia eltrica e sobre a frota de veculos automotores no

Brasil.

3- Veculos Eltricos e Rede: Modelos de Carga, Soluo Determinstica e

Simulao Estatstica

Descrevem-se os modelos de veculos eltricos considerados nesta

pesquisa, seu consumo de energia eltrica estimado, o mtodo de

analise da rede de distribuio utilizado e o mtodo de simulao de

Monte Carlo, usado para levar em considerao os aspectos aleatrios

do modelo.

4- Simulaes

Apresentam-se a curva de carga atual do alimentador BT, as hipteses

sobre os horrios e durao de recargas, a topologia e os dados

eltricos do alimentador BT, as caractersticas de aleatoriedade das

cargas e a abrangncia das simulaes.

5- Resultados


12/68

12

Mostram-se os resultados mais significativos das simulaes realizadas

e seus possveis impactos no planejamento das operaes das

concessionrias.

6- Concluses Preliminares e Desenvolvimentos Futuros

Abordam-se possveis desenvolvimentos deste trabalho e as concluses

preliminares do trabalho.

1.5. RESUMO BIBLIOGRFICO

As possibilidades de conexo de veculos eltricos (EV), sejam eles a

bateria (EV puro), hbridos (HEV ou PHEV) ou a clula de combustvel, com a

rede de distribuio de energia eltrica (SEP), visando a prestao de servios

ancilares ao sistema eltrico de potncia, explorada na literatura por vrios

autores. Escolhemos a linha desenvolvida por KEMPTON [6] que, em dois

artigos que se complementam, resume os modelos de negcio que poderiam

ser viabilizados, desenvolve um modelo econmico para o veculo e sugere

maneiras de concretizar o relacionamento entre os EV e o SEP.

Usando como base os EUA em 2004, Kempton constata a existncia de

176 milhes de automveis, caminhonetes e vans e uma capacidade de

gerao de energia eltrica de 602 GW, distribuda entre 9351 plantas de

gerao de concessionrias, mais 209 GW de capacidade localizada em

plantas dedicadas de usurios. A potncia mdia de cada veculo leve, com

motor de combusto interna, de 149 HP (ou 111 kW), totalizando 19500 GW.

Se um quarto dos veculos forem convertidos para eletricidade, a potncia

resultante ser de 660 GW, j superior capacidade instalada das


13/68

13

concessionrias americanas. O custo da eletricidade gerada pelas

concessionrias oscila entre U$ 0.02 a U$ 0.09 (valores no pico de consumo de

U$ 0.05 a U$ 0.80), enquanto que o custo da energia gerada pelos EV, com a

tecnologia atual, varia entre U$ 0.05 a U$ 0.50. Da observao destes valores,

segue que possvel tornar vivel o aproveitamento da energia gerada (ou

armazenada) pelos EV para suprir as necessidades do SEP.

Os mercados possveis que Kempton analisa so: suprimento de energia

de base, energia para horrio de pico, reserva girante (spinning) e regulao

(tenso e freqncia ou primria e secundria). Os estudos realizados mostramque a utilizao de frotas de EVs para suprir energia em horrio de pico pode

ser vivel, competitiva para fornecimento de reserva girante e muito

competitiva para fornecimento de servios de regulao. Tambm citado e

analisado separadamente o mercado de armazenamento de energia para

fontes renovveis e variveis, tais como elica e fotovoltaica, mas

demonstrado que o uso da energia armazenada para fornecimento de energia

de base no vivel economicamente.

As estratgias propostas por Kempton vo desde aumentar a

capacidade de armazenamento de energia eltrica pelos EV (com conseqente

aumento de custo inicial), passando por usar frotas para integrar as

capacidades de armazenamento, at o uso de controles inteligentes (no EV e

na rede) para gerenciar os ciclos de carga e descarga das baterias, visando

seu aproveitamento como potenciais fornecedoras dos servios anteriormente

citados. O relacionamento entre a rede (concessionria) e o prestador de

servio (proprietrio) pode ser pensado como sendo feito diretamente entre as

partes (concessionria e frotista, por exemplo) ou com o uso de um


14/68

14

intermedirio (agregador), e dever fazer uso de incentivos financeiros para

maximizar o tempo que os EV permanecero conectados. O papel do

agregador sugerido para ser desempenhado por empresas do tipo telefonia

celular ou fabricantes de baterias, devido capacidade de estabelecer redes

de comunicao ou facilidade de oferecer estmulo financeiro.

Para o incio das operaes de um sistema real, Kempton sugere o uso

de EV puros, com baterias recarregveis, j que sua gesto mais simples,

partindo de frotas de demonstrao e, a partir do atingimento do ponto de

equilbrio financeiro, que sejam agregados veculos individualmente at asaturao do mercado de servios ancilares, quando ento poder ser iniciado

o desenvolvimento dos projetos de armazenamento de energias renovveis

(elica e/ou fotovoltaica). Deve-se salientar que, na viso deste autor, regies

com baixo custo de servios ancilares, como, por exemplo, sistemas

fortemente dependentes de gerao hdrica, no tero interesse em

desenvolver este tipo de relacionamento entre EV e SEP.(ver nota Prof.

Marciano)

Um modelo de agregador apresentado por HAN [14], no qual so

analisadas as necessidades de regulao de freqncia de concessionrias

nos EUA, os preos pagos pelos servios ancilares e a viabilidade de estes

servios serem prestados por um conjunto de veculos reunidos por uma

entidade que deveria responder aos sinais de controle de regulao. A

estratgia desta entidade deve se basear nos ciclos de carga das baterias dos

veculos contratados. Uma proposta de modelo de programao dinmica

feita para otimizar estes ciclos, com o objetivo de maximizar o lucro operacional

do agregador (basicamente, a diferena entre o faturamento pela venda de


15/68

15

servios e o total pago pela energia necessria para carregar as baterias dos

EV contratados). So levadas em considerao as restries de carga mnima

e mxima de cada bateria, bem como a taxa de carga e descarga admissveis

que no acarretem a diminuio de sua vida til.

ULBIG e outros [12] apresentam um modelo de controle dos servios de

regulao de freqncia, fornecidos por um agregador de PHEV (veculo

eltrico hbrido conectvel), baseado em MPC. O modelo dos veculos

individuais construdo como um energy hub e a sada fornecida por este

modelo usada para simular 84 ciclos de uso distintos, aplicados em 15000veculos, com uma distribuio temporal especfica. O modelo foi simulado com

o uso do MPT (Multi-Parametric Toolbox) do MATLAB e aplicado ao sistema de

14 barras do IEEE para verificao da estabilidade de freqncia aps uma

falha de 0.5 pu durante 10 minutos. Os resultados mostram a viabilidade do

uso de PHEV agregados para o fornecimento deste servio.

De modo anlogo, mas usando modelos de 4 ordem para os geradores

sncronos e de 3 ordem para os equivalentes dos geradores elicos, ROCHA

ALMEIDA [13] constata a viabilidade do uso de EV (somente bateria) para

suprir estabilidade ao sistema integrado Portugal-Espanha quando submetido a

uma falha grave (curto trifsico na rede, causando desligamento de vrias

fazendas elicas). As simulaes foram feitas usando-se o Plansys do INESC,

um software para simulao dinmica de redes que usa o mtodo convencional

passo a passo, e foram estudados casos com EV comportando-se como

cargas simples e os EV agregados e recebendo sinais ativos do AGC

(Automatic Generation Control). Os resultados mostram a eficcia do modelo,


16/68

16

com reduo de sobrecargas e aumento da robustez de operao quando se

considera a conexo V2G (vehicle to grid) dos EV.

GALUS [26] apresenta um quadro de como seria a insero dos PHEV

nos SEP atuais, aplicando o conceito de balance group (BG). O BG um

agrupamento de consumidores (mesmo provedores de servios), fornecedores

e comerciantes, no necessariamente na mesma regio geogrfica ou ligados

mesma distribuidora, que assume as tarefas administrativas de coletar dados

de cargas, gerao e comercializao de energia, dos quais sero derivados o

balano de energia e os custos. Para a integrao de PHEV, e/ou agregadoresdestes, nos SEP existentes, o autor sugere o uso do conceito de estados do

sistema, anlogos aos usados para os SEP. O quadro apresentado, de oito

possveis estados para um PHEV, pode ser utilizado para simular o

comportamento de um SEP no qual tenha sido inserida uma frota de PHEV,

comparando regras de mudana de estados possveis para o veculo. Na

simulao apresentada como exemplo, verifica-se que no planejamento a curto

prazo do SEP, diferentes modos de operao dos estados dos PHEV no

podem ser desconsiderados.

A referncia [27], embora no trate de EVs, prope uma metodologia de

Dinmica de Sistemas (DS) para o despacho de PCHs. No seu

desenvolvimento, cita-se a possibilidade da utilizao da metodologia para o

despacho de outras fontes de energia alternativas. Se encararmos o agregador

de PHEVs como sendo uma fonte de energia alternativa, ou como

complemento de uma fonte alternativa (elica ou fotovoltaica), poderia ser

possvel o desenvolvimento em DS de um mtodo de despacho especfico

contemplando frotas de veculos que atingissem a massa crtica da viabilidade


17/68

17

econmica da constituio de um agregador, nos moldes dos at agora

sugeridos na literatura.

Outras referncias foram consultadas, principalmente para facilitar o

entendimento dos desenvolvimentos efetuados pelos autores e dos conceitos

apresentados nos artigos, tais como [22], [23], [24] e [25], porm seu

detalhamento extrapola o escopo desta pesquisa. Para finalizar, citam-se dois

artigos que tratam de impactos nas redes de distribuio, em termos de

desempenho e investimentos necessrios para adequao.

O primeiro [31] trata do estudo do impacto da introduo de PHEVs emduas redes reais de grandes dimenses, uma residencial e uma mista. Trs

passos so seguidos para avaliar os investimentos e incremento de perdas

com a introduo de PHEVs:

1- Descrio das reas a serem estudadas;

2- Definio dos cenrios de penetrao dos PHEVs; e

3- Clculo da expanso da rede e novo nvel de perdas.

As caractersticas das reas estudadas esto nas tabelas a seguir,

extradas dos artigos originais, sem traduo:

rea A rea B

Os tipos de PHEVs considerados no estudo esto resumidamente

descritos na tabela abaixo:


18/68

18

Os cenrios de penetrao considerados so:

1- 35% de PHEVs, 10% deles em V2G

2- 51% de PHEVs + PEVs, 10 % deles em V2G

3- 62% de PHEVs, 10% deles em V2G, carga rpida (2C)

Para V2G, considerou-se uma potncia fornecida variando entre 3 e

10kW. O padro de tempo de conexo utilizado est mostrado na tabela a

seguir, tambm extrada do artigo original:

Um modelo de planejamento da distribuio em larga escala foi usado

para comparar os cenrios de penetrao de PHEVs com a rede bsica, que

foi desenhada como uma rede otimamente adaptada, com mnimos custos

operacionais e de investimentos. Os pontos de carga foram distribudos

aleatoriamente na rede, mas sempre coincidindo com pontos de carga j

existentes na rede bsica.


19/68

19

Os resultados mostram que os investimentos necessrios para atender

as demandas, se as recargas forem efetuadas em horrio de pico, sero quase

20% superiores aos normais, para uma rea tipo A e 3% superiores para uma

rea tipo B, considerando-se um fator de simultaneidade igual a 1 para a

conexo dos PHEVs. Aplicando-se fatores de simultaneidade menores que 1,

ou seja, utilizando-se estratgias inteligentes para recarga dos PHEVs, os

investimentos para recarga em horrio de pico reduzem-se um cerca de 70%

em relao no utilizao destas estratgias.

Se as recargas forem realizadas fora do horrio de pico, nenhuminvestimento extra necessrio, a no ser o feito para administrar as recargas.

A anlise das perdas incrementais mostra que, para recarga fora do

horrio de pico, as perdas aumentam entre 35 e 40%, no caso de penetrao

de PHEVs de 62%.

Como neste estudo foram utilizadas duas condies singulares de carga

(horrio de pico e fora de pico), os autores sugerem o uso de curvas de carga

dirias (24 horas) para futuros estudos.

Finalmente, a referncia [32] trata de uma anlise, via simulao de uma

rede de 34 ns do IEEE, da qualidade da energia e do comportamento das

perdas com uma penetrao de 30% de PHEVs, conforme previso para 2030,

na Blgica. Foram considerados os mesmos parmetros usados em um estudo

determinstico realizado anteriormente pelos autores [33], que introduziram

uma aproximao estocstica para o perfil do consumo residencial,

considerando-se um erro nos valores previstos. Utilizando o mtodo da

programao quadrtica, foi feita uma otimizao do carregamento e do uso da

rede para minimizar perdas, com base em uma aproximao estocstica.


20/68

20

Foram definidas funes de densidade de probabilidade para o perfil de

consumo residencial, antes fixo. As f.d.p. consideradas foram normais, com

desvios padro escolhidos para que em 99,7% dos casos o valor da amostra

aleatria estivesse dentro de uma faixa de 5% ou de 25% ao redor da mdia,

para cada 15 minutos do perfil de carga.

Foi calculado um perfil timo de recarga para 2000 amostras

independentes do perfil dirio de carga na rede. Este perfil timo de recarga,

por sua vez, foi usado para calcular as perdas para cada um dos 2000 perfis de

carga individuais. Este o timo estocstico. Para cada um destes 2000 perfisde carga, foram calculados o perfil de recarga timo e as perdas

correspondentes, que o timo determinstico As perdas do timo

determinstico foram subtradas das perdas do timo estocstico e divididas

pelas perdas do timo determinstico e definidas como P (%) e so sempre

positivas. Os resultados esto nas figuras 1 e 2 do artigo original, aqui

reproduzidas sem traduo, respectivamente para uma variao diria de 5% e

25%.

A previso dos perfis de carga dirios introduz uma perda de eficincia,

porque os perfis de recarga mdios dos PHEV no so timos para este perfil


21/68

21

de carga especfico. Os perfis para o n 33 esto na figura 3 do artigo original,

aqui reproduzida sem traduo, que mostra que a diferena entre o

determinstico e o estocstico pequena.

A mesma soluo foi buscada com Programao Dinmica, tcnica que

decompe o problema de otimizao original em uma sequncia de sub-

problemas que so resolvidos de trs para frente em cada etapa. Usando a

tcnica de aproximaes sucessivas de programao dinmica, que decompe

o problema multidimensional de uma srie de PHEV em uma sequncia de

problemas unidimensionais, obtm-se o grfico comparativo entre valores

obtidos atravs da tcnica de programao dinmica (PD) e aqueles obtidos

com o mtodo da programao quadrtica (PQ) da figura 5 do artigo original,

reproduzida sem traduo.


22/68

22

A tendncia observada a mesma e as diferenas pontuais so devidas

discretizao da recarga em intervalos de 400 W no estudo de PD, para

diminuir tempo de processamento e utilizao de memria.

Foram analisados os impactos no sistema de distribuio, por meio de

um fluxo de potncia backward/forward, ao se introduzir os perfis de recarga

determinados em uma rede topologicamente igual a de 34 ns do IEEE em

cada uma das fase de um transformador de 160 kW, com os demais

equipamentos seguindo os padres utilizados na Blgica. Assim, a rede

resultante ficou com 100 ns, em 30% dos quais foi acrescentada a cargarelativa aos perfis de recarga de PHEV mostrados acima. Os resultados esto

resumidos na tabela 1 do artigo original, reproduzida sem traduo a seguir, e

mostram que sem controle externo da recarga a qualidade da energia eltrica

diminui sensivelmente, levando necessidade de investimentos na rede.

1.6. CONCLUSO

Vrios autores abordaram o tema de conexo de veculos eltricos

rede de distribuio, sob a tica da realidade de diversos sistemas eltricos,

com regras de funcionamento e regulamentaes especficas, de mercados de

energia com caractersticas diversas e matrizes de transporte de passageiros e

cargas peculiares de suas regies geogrficas. As anlises utilizam


23/68

23

basicamente dados de modelos comerciais de veculos eltricos em diversas

configuraes e mostram a viabilidade econmica e tecnolgica de a conexo

V2G ser aproveitada para fornecimento de energia suplementar ou servios

ancilares rede. Outra concluso importante a de que, sem interferncia

regulatria e controle de horrios de recarga, a introduo de EVs no mercado

de transporte individual necessitar de investimentos adicionais, principalmente

em redes de distribuio de baixa tenso (alimentadores finais).

2. CONSIDERAES SOBRE VECULOS ELTRICOS E SISTEMAS

A seguir, faremos algumas consideraes sobre veculos eltricos e seu

relacionamento com os sistemas eltricos, bem como sobre a regulamentao

sobre o tema disponvel no Brasil.

2.1. MODELOS DE VECULOS ELTRICOS

O desenvolvimento de veculos de transporte eltricos antecedeu ao dos

automveis com motores a combusto interna (ICE). Inicialmente, os veculos

eram movidos por motores de corrente contnua e o peso das baterias chumbo-

cido necessrias para alimentar o motor foi o fator preponderante para que o

desenvolvimento da tecnologia estagnasse por vrias dcadas.

Os primeiros modelos hbridos de sucesso foram desenvolvidos no setor

ferrovirio, com as locomotivas diesel-eltricas. Esta mesma tecnologia


24/68

24

usada hoje em dia no transporte rodovirio urbano de algumas grandes

cidades, como New York.

Com as crises do petrleo nos anos 1970 e 1980, retomaram-se as

pesquisas no sentido de desenvolver tecnologias que possibilitassem o uso de

energia eltrica no transporte individual. As solues encontradas conduziram

a diferentes tecnologias, com diferentes nveis de eletrificao. O nvel de

eletrificao definido como sendo o percentual da potncia eltrica do veculo

em relao sua potncia total.

ELADI [28] classifica os veculos eltricos quanto ao nvel deeletrificao em veculos mais eltricos (MEV), com menos de 20% de nvel de

eletrificao, veculos eltricos hbridos (HEV) e veculos eltricos hbridos

conectveis (PHEV), ambos com 20 a 80% de nvel de eletrificao e veculos

eltricos puros (EV), com 100% de nvel de eletrificao, cujas caractersticas

resumimos adiante:

1. Veculos eltricos puros (EV): so veculos providos de motores eltricos

(um ou mais), abastecidos unicamente por baterias, que dependem de uma

fonte externa de energia para a recarga das baterias. Normalmente, esta fonte

externa um sistema eltrico de potncia (SEP). Os problemas enfrentados no

desenvolvimento dos EVs esto os relacionados ao peso e autonomia das

baterias, velocidade de recarga e durao, em ciclos de carga-descarga, da

sua vida til. Outro fator o preo das baterias, que representam cerca de 50%

do investimento inicial na compra de um EV e devem ser substitudas

periodicamente, por esgotamento de sua vida til. Observadas algumas

condies, tais como estado de carga mximo e mnimo e velocidade de


25/68

25

recarga, j existem baterias com vida til de at 5000 ciclos carga-descarga.

Algumas tecnologias avanadas, tal como o aproveitamento da energia cintica

nas frenagens para recarregar as baterias, esto sendo incorporadas aos

modelos atuais de EVs. A figura 1 mostra a arquitetura bsica de um VE.

Fig. 1 arquitetura de um EV, extrado de [28]

O modelo atual mais representativo desta categoria o Nissan LEAF, com

motor de 80kW alimentado por de baterias NiMH com 90kWh de capacidade de

armazenamento. Este modelo tem uma autonomia de 160km, em uso urbano,

com velocidade mxima de 145km/h.

2. Veculos eltricos hbridos (HEV): veculos com dupla motorizao,

eltrica e ICE. As duas motorizaes so usadas em configurao srie,

paralela, ou mista. Na configurao srie, mostrada na figura 2, o ICE funciona

exclusivamente para mover um gerador que recarrega as baterias, que por sua

vez alimentam o motor (ou motores) eltrico de trao. Na configurao

paralelo, tanto o(s) motor(es) eltrico(s) como o ICE podem tracionar o veculo,


26/68

26

Fig. 2 HEV na configurao srie, extrado de [28]

conforme mostrado na figura 3, em uma proporo varivel de acordo com as

necessidades de potncia e estado de carga das baterias. Estes veculos no

Fig. 3 HEV na configurao paralelo, extrado de [28]

precisam ser conectados a nenhuma fonte externa, pois suas baterias so

recarregadas exclusivamente por seu ICE. Assim, o armazenamento de

energia feito unicamente pela reserva de combustvel (fssil ou renovvel)


27/68

27

existente no tanque. Na configurao mista, como na figura 4, os HEV tm

duas mquinas eltricas, uma para carregar as baterias e outra para

Fig. 4 HEV na configurao mista, extrado de [28]

trao, podendo, desta maneira, operar em qualquer combinao srie-

paralelo. Como exemplo de veculos desta categoria atualmente

comercializados temos o Honda Civic, Toyota Prius, Ford Fusion, Hyundai

Sonata, entre outros, todos com menos de 50% de nvel de eletrificao.

3. Veculos eltricos hbridos conectveis (PHEV): o que diferencia os

PHEV dos HEV a possibilidade de conexo destes veculos com uma fonte

de energia eltrica externa. Isto permite que suas baterias sejam recarregadas

tanto pelo ICE como pelo SEP. As figuras 5 e 6 mostram as configuraes


28/68

28

srie e mista, respectivamente, para os PHEV. Os modelos desta categoria,

Fig. 5 PHEV na configurao srie, extrado de [28]

Fig. 6 PHEV na configurao mista, extrado de [28]

que comeam a se destacar no mercado, so o GM Volt, que possui um motor

eltrico de 100kW e um motor flex-fuel de 86HP que carrega as baterias de


29/68

29

ons de ltio de 16kWh, e o Toyota Prius Hybrid, com motor eltrico de 60kW e

motor flex-fuel de 98HP que alimenta as baterias de ons de ltio de 5,2kWh.

4. Veculos movidos a clula de combustvel (FCEV): neste caso, a trao realizada por motor(es) eltrico(s) e sua alimentao feita por baterias

recarregadas por uma clula de combustvel, que produz eletricidade a partir

de hidrognio. O hidrognio pode ser armazenado no prprio veculo ou obtido

de hidrocarbonetos derivados de combustveis fsseis. No h, ainda, veculos

comercializados em larga escala nesta categoria.

Ainda segundo ELADI [28], o desenvolvimento atual dos EV foi iniciado,

a partir das crises do petrleo e do aumento da conscincia de conservao

dos recursos naturais e preservao da natureza, com o surgimento dos MEV,

evoluindo para os HEV, que j possuem alguns modelos comercializados com

sucesso. A seguir, os novos modelos devero apresentar a possibilidade de

conexo com o SEP, tornando-se PHEV e, com o desenvolvimento de baterias

e o conseqente aumento de autonomia e velocidade de recarga, os veculos

se tornaro totalmente verdes, com relao ao combustvel, ou seja, EV puros.

Algumas previses apontam para a total eletrificao da frota a partir de 2050,

levando-se em conta as dificuldades para a quebra do paradigma tecnolgico

representado pelo ICE.


30/68

30

2.2. REGULAO E SERVIOS ANCILARES

A possibilidade de os EV interagirem com o SEP, atravs da introduo

de PHEV no mercado, apontada por KEMPTON [6] como um fator de

alavancagem da eletrificao da frota de veculos, uma vez que a prestao de

servios ancilares e de regulao resultar na possibilidade de receita

financeira que amortizar os maiores investimentos iniciais necessrios para a

aquisio de um PHEV. A seguir, analisamos o mercado de servios ancilares

e de regulao no Brasil.Diferentemente de outros pases, no Brasil, os servios de regulao e

ancilares so contratados diretamente pelo Operador Nacional do Sistema

(ONS). Estes servios so essenciais para a operao segura e estvel do

SEP e se constituem no fornecimento de recursos que permitam a ao do

operador do sistema no sentido de manter a estabilidade de tenso e

frequncia, nos momentos de variao brusca de carga, horrios de pico e vale

e transientes ocasionados por falhas de origem interna e externa.

Estes servios podem ser classificados por critrio temporal ou por

critrio de finalidade. No critrio temporal, os servios imediatos devem estar

disponveis dentro de segundos aps a sua solicitao e os servios de

prontido so aqueles que devem iniciar aps minutos de sua solicitao.

Como exemplo de servios imediatos temos regulao primria de freqncia,

alvio automtico de carga e controle dinmico de tenso, enquanto que os

servios de prontido so regulao secundria e terciria de freqncia,

reduo voluntria de carga e controle de tenso em regime permanente.


31/68

31

Quanto finalidade, os servios podem ser de controle de freqncia,

controle de tenso e de restaurao do sistema (partida autnoma). Os

servios de controle de freqncia, ou de potncia ativa, podem ser primrios

(variadores de velocidade dos geradores), disponveis em 10 ou 20 segundos,

secundrios (manuais ou automticos), disponveis em 1 a 10 minutos, para

complementar a regulao primria, e tercirios (normalmente via geradores de

reserva), que devem estar disponveis em 30 a 60 minutos, visando ao

restabelecimento da reserva girante. Os servios de controle de tenso, ou de

potncia reativa, so os necessrios para se manter um perfil adequado dastenses da rede e so normalmente providos por geradores de reserva,

compensadores sncronos, reatores e capacitores em derivao e

transformadores com taps. Os servios de restaurao de sistema consistem

basicamente em planos de religamento aps uma falha que acarrete o

desligamento do sistema, baseados em recursos colocados disposio do

operador para esta finalidade.

As caractersticas intrnsecas dos PHEV os qualificam como potenciais

provedores de servios de regulao primria e secundria, assim como para

fornecedores para demanda em horrio de pico e cargas absorvedoras para os

horrios de vale, bem como compensadores de variaes de gerao de fontes

renovveis, como elica ou fotovoltaica.

2.3. REGULAMENTOS PARA FORNECEDORES DE ENERGIA

Um PHEV conectado ao SEP e fornecendo energia armazenada em

suas baterias seria visto como um agente de gerao distribuda, sob a tica da


32/68

32

legislao vigente (Decreto n 5.163, de 30 de julho de 2004 [30]). Deste modo,

os contratos devero ser firmados entre o produtor e a concessionria e ser

resultado de chamada pblica, para garantir publicidade, transparncia e

igualdade entre os participantes, ou ter o formato de contratos de compra e

venda e registrados na ANEEL e na Cmara de Comercializao de Energia

Eltrica CCEE.

Durante o ano de 2010, a Agncia Nacional de Energia Eltrica

ANEEL realizou a consulta pblica n 15, que disponibilizou a Nota Tcnica

0043/2010/SRD-ANEEL [34] com 33 questes sobre gerao distribuda,divididas em seis grandes temas: caracterizao dos empreendimentos,

conexo rede, regulao, comercializao de energia, propostas e questes

gerais. Foram recebidas 577 contribuies de 39 agentes. Na Nota Tcnica

0004/2011/SRD-ANEEL [35] feita a anlise destas contribuies. Uma das

concluses que as barreiras regulatrias existentes para gerao distribuda

de pequeno porte podem ser tratadas dentro das resolues e procedimentos

emitidos pela ANEEL, respeitadas as atribuies legais e a Poltica Energtica

Nacional, mas algumas questes versaram sobre temas que so da

competncia do Ministrio das Minas e Energia MME pois tratam de

polticas pblicas e, portanto, devero ser discutidas com o Ministrio. A

recomendao final de que sejam realizados estudos, no mbito da ANEEL,

para propor a reviso de Resolues e do PRODIST [30], com o objetivo de

reduzir os obstculos ao acesso de pequenas centrais geradoras ao sistema de

distribuio. Nenhuma meno foi feita a veculos eltricos ou ao

armazenamento de energia eltrica para posterior devoluo rede de

distribuio.


33/68

33

Mais recentemente, foi colocada em audincia pblica uma proposta de

regulamentao para fontes fotovoltaicas e elicas residenciais, o que abre um

espao para a insero de PHEVs na rede de distribuio.

2.4. VECULOS ELTRICOS E UTILIZAO DE ENERGIA NO BRASIL

No final de 2011, circulavam pelas ruas e estradas brasileiras cerca de

44 milhes de automveis, caminhonetes e vans (incluindo os SUV Sport

Utility Vehicles). A potncia mdia dos motores (diesel, gasolina, lcool ou flex)est ao redor de 100HP (75kW), totalizando, deste modo, 3.300 GW. Segundo

a ANEEL, existem 2.508 empreendimentos geradores de energia eltrica,

totalizando aproximadamente 118 GW de potncia outorgada ou 116 GW de

potncia fiscalizada. Para que a frota de veculos eltricos iguale, em potncia,

a capacidade de gerao de energia eltrica atual, basta que 3,6% da frota

seja convertida. Esta situao coloca o Brasil em vantagem em relao, por

exemplo, aos Estados Unidos, comparando-se os dados fornecidos por

KEMPTON [6] e citados no Captulo 1, porm, ainda no existe previso de

comercializao, no Brasil, dos veculos citados no captulo 2.1, itens 1 a 3.

3. VECULOS ELTRICOS E REDE: MODELOS DE CARGA, SOLUO

DETERMINSTICA E SIMULAO ESTATSTICA

Na sequncia, so mostrados os modelos de automveis eltricos a se

considerar no desenvolvimento desta pesquisa, bem como suas caractersticas


34/68

34

de carga e descarga das baterias. Em seguida, estes modelos sero

considerados, individualmente, para anlise das alteraes que devero

ocorrer nas curvas de demanda de energia eltrica em uma regio

metropolitana, medida que sua participao no mercado de automveis

aumente, seja pelo crescimento demogrfico, seja pelos mecanismos de

incentivo introduo desta tecnologia. Tambm sero abordadas as

ferramentas de anlise de redes de distribuio e o mtodo de Monte Carlo,

que permite realizar simulaes estatsticas a partir do conhecimento de um

modelo determinstico para a soluo do problema.

3.1. VECULOS ELTRICOS PUROS E HBRIDOS CONECTVEIS

Como o interesse do estudo reside na inter-relao entre veculos

eltricos e a rede de distribuio, somente sero considerados modelos que

permitem esta conexo. Deste modo, ser escolhido um modelo representativo

da categoria veculos eltricos puros (EV) e outro da categoria veculos

eltricos hbridos conectveis (PHEV).

3.1.1. Veculo eltrico puro

Conforme descrito no captulo 2, veculos eltricos puros so aqueles

que tm apenas um (ou mais) motor(es) eltrico(s), que so alimentados

exclusivamente pela energia eltrica fornecida por suas baterias. A recarga

destas baterias feita exclusivamente atravs de uma fonte externa de energia

eltrica, usualmente a rede de distribuio. Mecanismos de recuperao de


35/68

35

energia cintica durante as frenagens so normalmente instalados nestes

veculos, visando o aumento de sua autonomia.

Com autonomia mdia de 160km, baterias com capacidade de 24kWh,

motor eltrico de im permanente de 80kW (107HP), recarga das baterias em

110, 220 ou 440V (8 horas em 220V) e preo competitivo (U$ 25.000,00, nos

Estados Unidos), o Nissan LEAF considerado uma das principais tendncias

no mercado de veculo nos prximos anos. Por este motivo, foi adotado como

modelo de referncia de EV para os propsitos desta pesquisa.

Fig. 7 Nissan LEAF, referncia de EV para este estudo (foto obtida na Internet)

3.1.2. Veculo Eltrico Hbrido Conectvel

Embora poucos e ainda no totalmente disponveis em todos os

mercados, alguns modelos de PHEV esto em fase de lanamento e um

destes modelos servir de base para o prosseguimento deste estudo. Para


36/68

36

simplificar a modelagem, considerar-se- o PHEV na configurao srie,

descrita no captulo 2. Com motor a combusto interna (ICE) e um (ou mais)

motor(es) eltrico(s), estes veculos tm como caracterstica principal a maior

autonomia, por meio do armazenamento de energia termo-qumica. A funo

de trao desempenhada pelo(s) motor(es) eltrico(s), alimentados por

baterias. O ICE atua somente para acionar um gerador que recarrega as

baterias. Deste modo, o veculo possui duas maneiras distintas de operao.

Na primeira fase, enquanto as baterias esto com carga acima do nvel mnimo

para sua segurana, o veculo funciona como um EV puro. Quando este nvelmnimo atingido, o ICE comea a operar, para manter a carga das baterias

dentro de limites estabelecidos, de forma a otimizar sua durabilidade, sem

afetar o desempenho do veculo como um todo.

Lanado em 2007, o Chevy VOLT o tpico PHEV na configurao

srie, com trao exclusivamente eltrica. Equipado com um motor de im

permanente de 150HP, alimentado por baterias de ons de ltio de 16kWh de

capacidade, tem autonomia all-electric de cerca de 60km, a partir da qual

entra em funcionamento o ICE de 86HP, para manter o nvel de carga das

baterias dentro dos valores especificados. Isto permite ao fabricante oferecer

uma garantia de 8 anos (ou 150.000km) aos componentes da motorizao

hbrida. As baterias do VOLT podem ser totalmente recarregadas em 180

minutos em uma tomada de 220V residencial. Por estes motivos, o Chevy

VOLT foi adotado como modelo de PHEV nos estudos a seguir.


37/68

37

Fig 8 Chevy VOLT, referncia como PHEV (imagem obtida na Internet)

3.2. DEMANDA DE ENERGIA DOS EVS E PHEVS

Segundo SCUCH [21], a demanda a ser atendida depende, em grande

parte, da evoluo da economia, que independe da empresa distribuidora. H,

tambm, a influncia das decises dos consumidores livres, porm este

aspecto no ser considerado neste estudo. Deste modo, consideramos como

variveis que afetam diretamente o crescimento da demanda os fatoreseconmicos (variao do PIB, basicamente) e demogrficos. Alm disso, a

introduo de uma nova tecnologia para os transportes individuais

seguramente afetar tanto a forma da curva de demanda como tambm o total

de energia fornecida aos consumidores, uma vez que as baterias dos veculos

conectveis (EV e PHEV) sero recarregadas por meio da rede de distribuio.


38/68

38

Para uma dada regio geogrfica, a demanda total de energia devida

introduo de veculos eltricos ser igual demanda mdia de um nico

veculo multiplicada pelo nmero de veculos ativos (em uso, portanto sendo

recarregados regularmente). No caso dos EV tpicos considerados neste

estudo, cuja bateria possui uma capacidade de 24kWh e leva 8 horas para ser

recarregada em 220V, a potncia a ser agregada, por veculo, curva de

demanda de cerca de 3kW, durante 8 horas. J para os PHEV tpicos, com

bateria de 16kWh de capacidade e recarga em 180 minutos em 220V, a

potncia considerada ser de 11 kW durante este perodo. No caso dos PHEV,cabe uma considerao adicional sobre a possibilidade de a recarga no ser

realizada, uma vez que o veculo possui a capacidade de gerar sua prpria

energia para recarga das baterias. Seguindo os hbitos usuais do usurio de

transporte individual, esta recarga poder ocorrer 2 vezes ao dia, aps as 9

horas, em um estacionamento de uma empresa, por exemplo, e aps as 20

horas, j na residncia do proprietrio do veculo. Dado que tanto o horrio de

incio da recarga quanto o estado de carga da bateria neste momento so

variveis estocsticas, consideraremos uma variao normal para estes

valores.

Entretanto, aspectos regulatrios, ainda indefinidos, podero influenciar

de modo decisivo os hbitos dos consumidores para a recarga das baterias dos

seus veculos. Estes aspectos so as tarifas horo-sazonais de energia eltrica,

contratos de prestao de servios ancilares por parte dos EVs e PHEVs

conectados rede e o controle do nmero de recargas tendo em vista

prolongar a vida til da bateria.


39/68

39

3.3. ANLISE DE SISTEMAS DE DISTRIBUIO

A ferramenta mais usada para a anlise do desempenho de um sistema

de distribuio o modelo de fluxo de potncia, que permite obter as tenses

nas barras que o compem, a partir das potncias geradas e consumidas e das

caractersticas topolgicas e eltricas dos ramos que unem as barras. No caso

de sistemas de distribuio em baixa tenso, que o caso do presente estudo,

a soluo do problema do clculo do fluxo de potncia baseada em mtodos

iterativos de varredura da rede, uma vez que os mtodos de soluoconvencionais (Newton-Raphson, tipicamente) apresentam problemas de

convergncia, pelo o fato de que as componentes resistiva e indutiva das

impedncias de ramos tm valores numericamente semelhantes.

O mtodo escolhido para ser utilizado neste estudo o da soma de

potncias. Neste mtodo iterativo, descrito por CESPEDES [36], assume-se um

valor de tenso para as barras do sistema, sendo a barra de referncia a

barras da subestao alimentadora, e calcula-se, de jusante para montante, as

perdas em cada linha, que so adicionadas s cargas nas barras, obtendo-se

novos valores para as cargas acumuladas de cada barra. Com estes novo

valores, iniciando-se da barra de referncia, calculam-se os valores de tenso

nas barras. Com estes valores, recalculam-se as perdas e assim

sucessivamente, at que os valores das perdas entre duas iteraes

consecutivas no difiram significativamente. A vantagem deste mtodo a

simplicidade dos clculos, descritos no Anexo, pois o clculo das tenses

nodais no depende dos ngulos das tenses. tambm um mtodo de

convergncia rpida quando utilizado em redes radiais, nas quais as


40/68

40

resistncias e as reatncias dos ramos tenham a mesma ordem de grandeza

de valores, como o caso do alimentador de baixa tenso analisado.

Ver observao do Prof. Marciano sobre metodologia de planejamento da

demanda.

3.4. MTODO DE SIMULAO DE MONTE CARLO

O mtodo de simulao de Monte Carlo permite representar, por meio

do sorteio de um grande nmero de estados das variveis de entrada, avariao das variveis de sada, em um sistema cuja soluo determinstica

conhecida. No caso do presente estudo, os sorteios so realizados para

determinar as barras em que sero conectados veculos eltricos para recarga,

bem como na determinao dos valores das cargas aplicadas em cada barra.

Isto permite estimar os parmetros das distribuies das variveis de sada do

sistema, a saber as tenses nodais e as perdas eltricas nos ramos. Os

estimadores das variveis de sada so, comumente, a mdia da distribuio e

seu desvio padro, admitindo-se que estas variveis so distribudas

normalmente em torno de seu valor mdio. Esta hiptese pode ser

razoavelmente justificada pelo fato de a gerao das variveis randmicas para

a simulao ser feita com base na premissa de que as cargas aplicadas ao

sistema variam normalmente em torno de mdias conhecidas, com desvio

padro que pode ser estimado atravs da observao de suas variaes ao

longo do tempo.


41/68

41

4. SIMULAES

Neste captulo, so descritas as simulaes efetuadas, tendo em vista

avaliar o impacto da introduo de veculos eltricos sobre as decises das

concessionrias de distribuio. Primeiramente, so mostradas as mudanas

esperadas nas curvas de carga de um alimentador de distribuio localizado

em um bairro residencial de uma cidade da regio sul do Brasil, em face ao

aumento da participao dos veculos eltricos no mercado de automveis. A

seguir, so discutidas as hipteses levadas em considerao em relao ahorrios e durao das recargas usados no modelo desenvolvido para a

simulao. Para finalizar, descrita a topologia da rede e so fornecidos os

valores nominais para a caracterizao fsica do alimentador de distribuio

residencial em baixa tenso utilizado, bem como a descrio do mtodo de

clculo adotado para determinar as perdas no sistema e as tenses nodais.

4.1. CARGAS RESIDENCIAIS COM VECULOS ELTRICOS

A curva de carga de um alimentador residencial de baixa tenso, com 20

barras, est mostrada na figura 9 e foi obtida junto a uma concessionria de

distribuio da regio sul do Brasil.


42/68

42

Fig. 9 curva de carga diria do alimentador BT

Por se tratar de rea residencial, nota-se claramente o pico de consumo

que ocorre no horrio do encerramento das atividades comerciais e industriais,

com o retorno dos moradores a suas casas e incio de suas atividades

domsticas. Tambm pode ser observado o declnio acentuado do consumo de

energia aps as 20 horas, atingindo o mnimo dirio entre 2 e 4 horas da

madrugada.

A recarga de veculos eltricos adicionar cargas a esta curva na

proporo direta da sua participao no mercado, ou seja, se considerarmos

que a participao de 10%, em 10% das barras devero ser adicionadas

cargas representativas do processo de recarga das baterias. No h nenhuma

razo para que as cargas sejam adicionadas preferencialmente a alguma barra

em particular e, deste modo, para uma dada participao no mercado, as

barras sero sorteadas aleatoriamente, supondo que a probabilidade

distribuda uniformemente entre elas.

Outro fator que influenciar determinantemente a formao da nova

curva de carga o tipo de veculo suposto, j que, presentemente, as

capacidades diferenciadas das baterias dos diversos tipos de veculos, bem

como as inmeras possibilidades de velocidade de recarga, levam a potncias


43/68

43

consumidas entre 3 e 11 kW, com durao entre 180 minutos e 8 horas. Para

os objetivos deste estudo, considerado que PEVs e PHEVs participam

igualmente do mercado de automveis, com 50% de cada um deles em cada

simulao.

4.2. HORRIOS E DURAO DAS RECARGAS DOS VECULOS

ELTRICOS

Se no houver interferncia externa, causada ou por imposioregulatria ou por incentivos econmicos baseados em tarifas diferenciadas por

horrio ou por multas aplicadas em recargas no autorizadas, os proprietrios

de veculos eltricos tendero a recarreg-los preferencialmente em dois

horrios distintos: ao chegar em casa, no final da jornada de trabalho, ou pela

manh, aps a chegada ao local de trabalho. Como, neste estudo, usado um

alimentador BT residencial, para efeitos de simulao, sero estudadas

recargas efetuadas em horrios de pico e vale, bem como em horrio de

demanda mdia, com o objetivo de abranger as situaes mais e menos

crticas e uma situao intermediria. A durao da recarga , obviamente,

funo, alm da capacidade mxima de carga da bateria, do estado de carga

no qual a mesma se encontra no incio da operao. Como as anlises da rede

de distribuio so estticas, ou seja, so realizadas anlises independentes

para cada horrio, pode-se assumir, sem perda de qualidade da informao,

que o incio da recarga se d sempre com as baterias em estado mnimo de

carga, ou seja, que a durao da recarga ser a mxima para que estado de

carga total seja atingido. Esta tambm a situao mais prejudicial ao sistema


44/68

44

e as variaes nos horrios de incio de recarga foram consideradas sem

relevncia para o resultado, j que as anlises so feitas de hora em hora.

4.3. ALIMENTADOR BT RESIDENCIAL

O maior impacto nas redes de distribuio causado pelo aumento da

participao dos veculos eltricos conectveis no mercado de automveis

ocorrer nas reas residenciais, uma vez que as potncias necessrias para a

recarga das baterias so equivalentes, em muitos casos, ao consumo mdio deuma residncia. Uma rede simples, representativa de alimentadores BT em

bairros residenciais tpicos de uma cidade de grande porte, da regio sul do

Brasil, est mostrada na figura 10.

Este alimentador constitui-se de um transformador 13800/220 V na barra

0 (referncia) e as linhas so compostas por cabos de alumnio 2/0AWG, com

resistncia de 0,4362 ohm/km e reatncia de 0,4266 ohm/km. As impedncias

das linhas e as cargas nas barras, para o horrio de pico das 19:00 horas,

esto mostradas na Tabela 1 e o fator de potncia considerado em todas as

barras 0,89..


45/68

45

Fig 10 Topologia de um alimentador BT residencial

0

1

13

14

15

16

17

18

19

20

2

3

48

5

6

7 9

10

11

12


46/68

46

Barra P(kW) Q(kVAr) LT R(pu) X(pu)1 8.4105 4.3038 0 para 1 0 02 2.8391 1.4566 1 para 2 0.00079862 0.000781053 0 0 2 para 3 0.00034644 0.00033881

4 3.2752 1.6779 3 para 4 0.00054089 0.000528985 4.6547 2.3847 3 para 12 0.00061742 0.000603846 2.4653 1.2630 4 para 5 0.00094928 0.000925467 0.0712 0.0365 5 para 6 0.00113749 0.001112458 7.8320 4.0125 6 para 7 0.00096954 0.000948209 14.2133 7.2817 6 para 8 0.00023096 0.00022588

10 2.7145 1.3907 8 para 9 0.00091951 0.0008992711 3.4799 1.7828 9 para 10 0.00079862 0.0007810512 0.0801 0.04103 10 para 11 0.00093249 0.0009119713 2.0915 1.0715 1 para 13 0.00091951 0.0008992714 6.764 3.4653 13 para 14 0.00109016 0.0010661715 2.9637 1.5184 14 para 15 0.00093249 0.0009119716 4.2631 2.1841 15 para 16 0.00093249 0.0009119717 5.5091 2.8224 13 para 19 0.00089571 0.0008760018 4.2275 2.1658 19 para 20 0.00093249 0.0009119719 1.0235 0.5243 13 para 17 0.00115047 0.0011251520 0.0712 0.0365 17 para 18 0.00102985 0.00100719

Tab. 1- dados do alimentador BT, cargas para o horrio de pico

A introduo da recarga de veculos eltricos atravs da rede feita com

a adio de cargas correspondentes potncia consumida pelas baterias ao

serem recarregadas, durante o tempo especificado, de acordo com as

caractersticas dos veculos. Admite-se, em todos os casos, que o estado decarga da bateria o mnimo no incio do processo e que a carga a ser atingida

a mxima possvel. As barras onde sero acrescentadas as cargas so

sorteadas aleatoriamente em cada simulao, com base em uma distribuio

uniforme de probabilidades, ou seja, admite-se que a probabilidade de cada

barra receber um veculo eltrico para ser recarregado exatamente a mesma

de qualquer outra barra, com exceo da barra 0 (referncia), na qual nunca se


47/68

47

adicionam cargas. A quantidade de veculos a serem recarregados

simultaneamente calculada com base na participao dos EVs no mercado,

ou seja, o nmero de barras que recebem as cargas adicionais diretamente

proporcional a esta participao. Para os efeitos deste estudo, assume-se que

metade dos veculos so PEV e metade so PHEV.

4.4. ALEATORIEDADE DAS CARGAS

As cargas ativas e reativas em cada barra so assumidas proporcionaisaos valores de pico mostrados na tabela 1 e aos valores horrios da curva de

carga, mostrada na figura 9. A variao que ocorre nestes valores levada em

considerao simulando-se uma distribuio normal em torno do valor nominal,

assumido como sendo a mdia da distribuio, em cada barra do alimentador.

A varincia desta distribuio estimada para que 90% dos valores estejam no

intervalo 3 . Em cada simulao, so sorteados 1000 valores de cargas em

cada barra, considerando-se cada barra independente das demais.

4.5. CLCULO DO FLUXO DE POTNCIA

Em cada simulao, calculam-se os valores das tenses nas barras e

das perdas nas linhas, utilizando-se o mtodo da soma de potncias. Os

clculos so efetuados para todas as horas do dia e para os valores de

participao de EVs no mercado de 0% (caso referencial em que no h

veculos eltricos conectados rede), 10%, 20%, 30% e 50%. Os valores de


48/68

48

tenso e perdas so acumulados e a mdia e desvio padro de suas

distribuies so estimados a partir desta amostra.

4.6. CONCLUSO

Com base nas premissas descritas nos itens 4.1 a 4.5 deste captulo, foi

construdo um motor de simulao, em linguagem MATLAB, conforme

fluxograma mostrado na figura 11. Com esta ferramenta, foram executadas as

simulaes estatsticas, cujos resultados esto apresentados no captuloseguinte. Dado o carter estocstico do modelo seguido para a realizao das

simulaes, estes resultados podem sofrer pequenas variaes, sempre dentro

das margens de confiana estatstica adotadas, no caso de serem repetidos

em outra ocasio.


49/68

49

Fig. 11 fluxograma do motor de simulao.

5. RESULTADOS

Neste captulo so mostrados e analisados os resultados obtidos nas

simulaes realizadas no alimentador baixa tenso descrito em 4.3, ao qual

foram aplicadas cargas residenciais normais, para o caso de a participao de

EV ser assumida igual a zero (caso base). A estas cargas residenciais so


50/68

50

adicionadas as cargas correspondentes a veculos sendo recarregados em

vrios nveis de participao no mercado, conforme 4.1, e com hipteses de

horrio de incio da recarga de acordo com 4.2. Os resultados apresentados

so as tenses nas barras do alimentador, em forma de distribuio de

probabilidades, as mudanas esperadas na curva de carga do sistema

alimentador e as perdas ativas e reativas causadas pelo carregamento do

alimentador.

5.1. TENSES NOS NS (BARRAS) DO ALIMENTADOR

Os valores mostrados na figura 12 foram obtidos por meio do clculo do

fluxo de potncia pelo mtodo da soma de potncias aplicado no alimentador

da figura 10. Para cada hora do dia foram simulados 1000 valores de cargas

nas barras do alimentador, sorteadas como descrito em 4.4. O grfico

representa os valores mdios das tenses em cada barra e os respectivos

desvios padro. O caso base (participao 0%) a referncia, pois os valores

das cargas aplicadas s barras variam em torno dos valores nominais,

admitidos como sendo a mdia da distribuio.


51/68

51

Fig. 12: Tenses nas barras ao longo do dia para 0% de participao

Na figura 12, observam-se duas barras crticas para esta configurao

do alimentador: as de nmero 7 e 12, que apresentam os menores valores de

tenso em todos os horrios do dia, atingindo valores inferiores aos limites dequalidade aceitvel para distribuio residencial.

Da curva de carga do alimentador, podemos extrair trs diferentes

estados de solicitao do sistema: s 4:00 horas, a demanda mnima e todas

as tenses nas barras atendem s especificaes de qualidade, no caso de

participao 0%; s 14:00 horas, tem-se um estado de demanda mdia, no

qual os valores de tenso nas barras criticas do alimentador aproximam-se (e

at alcanam) valores abaixo do limite de qualidade aceitvel; e, s 18 horas

(horrio de pico), as tenses na maioria das barras do alimentador esto em

seus valores mnimos. Deste modo, escolhemos estes trs horrios para

avaliar a influncia da recarga de veculos eltricos no desempenho do

sistema.

02

46

810

1214

1618

2022

24

01234567

8910111213

1415161718

192021

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

Hora

Tenses nas barras para 0% de participao

Barra

T e n s e s

( p u )


52/68

52

Fig. 13 Tenses mdias e desvios padres s 4:00 horas



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

0.2

0.4

0.6

0.8

1

T e n s

e s

( p u )

Tenses nas barras s 4:00 horas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

0.5

1

1.5

2x 10

-3

Barras

D e s v

i o P a d r o ( p u )

0%

10%20%30%50%

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

0.2

0.4

0.6

0.8

1

T e n s

e s

( p u )

Tenses nas barras s 14:00 horas

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

0.5

1

1.5

2x 10

-3

Barras

D e s v i o

P a d r o

0%10%20%30%50%

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

0.2

0.4

0.6

0.8

1Tenses nas barras s 18:00 horas

T e n s

e s ( p u

)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 210

0.5

1

1.5

2x 10

-3

Barras

D e s v

i o P a d r o ( p u )

0%10%20%30%50%


53/68

53

Nas figuras 13, 14 e 15 temos, respectivamente, as tenses nas barras

do alimentador calculadas como descrito no captulo 4, para participaes de

EVs de 0, 10, 20, 30 e 50%. Os grficos de barra mostram os valores mdios,

para 1000 simulaes, e seus respectivos desvios padro. Confirma-se,

analisando-se as trs figuras, que as barras de nmero 7 e de nmero 12 so

as mais crticas do sistema, e isto se deve topologia do alimentador, que

possui um ramal mais sobrecarregado que o outro.

Outro ponto a salientar, que corrobora a validade das simulaes, estno fato de que as barras que apresentam maior criticidade em relao aos

valores das tenses so tambm as que apresentam as maiores variaes

(incertezas) nos valores, representadas pelo alto valor do desvio padro da

distribuio de tenses resultante.

5.2. MUDANAS NA CURVA DE CARGA DO SISTEMA

A curva de carga do sistema, mostrada na figura 9, pode ser obtida

indiretamente do clculo do fluxo de potncia, tomando-se os valores de

potncia ativa e reativa resultantes na barra 1 do sistema, o que inclui as

perdas nas linhas e o acrscimo de carga devido adio de EVs sendo

recarregados em barras aleatoriamente escolhidas. Uma curva de carga ativa

obtida por este mtodo est mostrada na figura 16. Na figura 17, v-se o

aspecto resultante da curva de carga para uma participao de 20% de EVs no

mercado, na hiptese de incio de recarga controlado a partir das 18:00 horas.


54/68

54

Fig. 16 Curva de carga ativa, sem participao de EVs.

Fig. 17 Curva de carga ativa, com 20% de participao

de EVs, incio de recarga s 19:00 horas.

Com a mesma participao, mas com incio de recarga controlada

deslocada para a primeira hora do dia, obtm-se a curva de carga mostrada na

figura 18.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hora

P o t n c

i a A t i v a

( k W )

Curva de carga (ativa) para0% de participao e incio de recarga s1 horas

Demanda Ativa)Perdas AtivasAcrsci mo devido E.V.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Hora

P o t n c

i a a t

i v a

( k W )


Demanda Ativa)Perdas AtivasAcrscimo devido E.V.


55/68

55


de EVs, incio de recarga 01:00 hora.

Ainda se considerarmos 20% de participao no mercado para os EVs,

mas com horrio de incio de recarga regulado para aps as 22:00 horas, a

curva de carga resultante a da figura 19.


de EVs, incio de recarga s 22:00 horas.

Observa-se que o no controle do horrio de recarga dos veculos

eltricos leva a valores de sobrecarga inaceitveis nos horrios de pico, sendo

necessrios investimentos para reforar a capacidade do alimentador.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2424.50

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hora

P o t n c

i a A t i v a

( k W )


Demanda Ativa)Perdas AtivasAcrscimo devido E.V.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 240

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Hora

P o t n c

i a a t

i v a

( k W )


Demanda At iva)Perdas AtivasAcrscimo devido E.V.


56/68

56

5.3. PERDAS NO SISTEMA

Uma avaliao fundamental do desempenho do sistema est em

verificar o nvel de perdas que ocorre nas linhas de distribuio, que em

alimentadores de distribuio atingem valores representativos, quando

somadas e comparadas aos valores de carga total aplicada ao circuito. As

figuras 20 e 21 mostram as perdas ativas e reativas, respectivamente, em cadahora do dia, considerando-se participaes no mercado de EVs de 0, 10, 20,

30 e 50%.

Fig. 20 Percentual de perdas ativas totais no alimentador BT

1 2 34 5 6

7 8 910 11 12

13 14 1516 17 18

19 20 2122 23 24

0%

10%

20%

30%

50%2

4

6

8

10

12

14

Hora

Perdas ativas com a participao de EV

Participao dos EV's no mercado

P e r d a s a t

i v a s

( % )


57/68

57

Fig. 21 Percentual de perdas reativas totais no alimentador BT

Observa-se uma semelhana pronunciada entre as curvas da figuras 20

e 21 e este fato se explica pela relao r/x em todas as linhas do alimentador,

que sempre prxima a 1.

No caso em que no existem EVs em processo de recarga, tanto as

perdas ativas como reativas atingem valores que vo de 4% a 8%,

respectivamente nos horrios de vale e de pico. Observa-se que a tendnciadas curvas se mantm com a presena de EVs sendo recarregados e, no caso

analisado, a relao entre as perdas ativas e reativas e a demanda total do

alimentador atinge um mximo de cerca de 15%, para 20% de participao de

EVs no mercado.

5.4. CONCLUSO

Os resultados obtidos nas simulaes estocsticas, realizadas com o

apoio do modelo desenvolvido, permitem que sejam feitas algumas previses

quanto ao impacto que ser causado no planejamento das atividades das

1 2 34 5 6

7 8 910 11 12

13 14 1516 17 18

19 20 2122 24 24

0%

10%

20%

30%

50%2

4

6

8

10

12

14

Hora

Perdas reativas com a participao de EV

Participao dos EV's no mercado

P e r d a s r e a t

i v a s

( % )


58/68

58

concessionrias de distribuio de energia eltrica, no que diz respeito a reas

residenciais urbanas.

As variaes nas tenses nas barras, observadas com o aumento da

participao de EVs no mercado de automveis, sugerem a necessidade de

que as linhas de distribuio dos alimentadores sejam redimensionadas para

que as impedncias de linha resultem em valores que permitam a operao

normal do sistema, sem prejuzo da qualidade do fornecimento de energia

eltrica presumida para este tipo de servio. Outras solues so possveis,

como a instalao de compensadores capacitivos ou o redimensionamento detransformadores e re-diviso dos ramais dos alimentadores, todas elas, porm,

implicando em investimentos adicionais queles planejados para atender o

crescimento vegetativo do sistema.

A anlise das curvas de carga resultantes do acrscimo de veculos

eltricos s cargas residenciais indica a necessidade de instituir-se

regulamentao especfica para esta operao. Com a durao das recargas

entre 180 minutos e 5 horas, dependendo do tipo de veculo considerado, e os

valores de potncia consumida para estas operaes, as simulaes mostram

que as demandas ultrapassaro os valores mximos em vrios horrios,

causando efeitos de degradao na qualidade da energia eltrica fornecida.

Alm disso, ser necessrio concessionria planejar suas compras de

energia com vistas a suprir esta demanda adicional, independentemente do

horrio em que a recarga vai iniciar.

Quanto s perdas, observa-se que, mesmo que as recargas ocorram em

horrios considerados no prejudiciais qualidade da energia eltrica

fornecida, os valores de at 15% observados para as perdas ativas e reativas


59/68

59

indicam que ser necessria uma reavaliao dos custos de distribuio, com

implicaes econmicas e tcnicas de maior complexidade.

6. CONCLUSES PRELIMINARES E DESENVOLVIMENTOS FUTUROS

Diversos estudos e pesquisa tm sido realizados em vrias partes do

mundo visando prever o impacto que o amento da participao dos veculos

eltricos no mercado de automveis causar nas decises das concessionrias

de distribuio de energia. Estes estudos vm sendo conduzidos, na suagrande maioria, na Europa e nos Estados Unidos e contemplam as realidades

dos seus sistemas eltricos e suas regulamentaes. No Brasil, no existe um

mercado claramente definido para servios de regulao e ancilares, sendo

estes entendidos como compreendidos nas concesses e outorgas dadas pela

ANEEL s empresas geradoras. Deste modo, a possibilidade de que estes

servios venham a ser prestados por frotas de veculos eltricos, como

proposto por vrios autores, ainda um ponto a ser esclarecido no futuro.

Entretanto, os resultados das simulaes estatsticas realizadas neste

estudo permitem concluir que o planejamento das concessionrias de

distribuio ter que ser revisto, nos seus aspectos tcnico, de investimentos,

econmico e financeiro, uma vez que tanto as tenses nodais quanto as perdas

nas linhas do alimentador BT, adotado para a realizao das simulaes,

sofrem influncias grandemente negativas a partir do nvel de participao de

10%.

Conclui-se, tambm, que o motor de simulao, desenvolvido neste

estudo, presta-se para a valorizao preliminar dos impactos previstos,


60/68

60

podendo ser usado para determinar solues tcnicas e polticas sugeridas

para mitigar os problemas de qualidade da energia eltrica fornecida e para

avaliar as solues propostas para amenizar os aumentos de custo de

distribuio.

A anlise da literatura disponvel sobre o tema e os resultados at o

momento obtidos com as simulaes efetuadas, sugerem que muito ainda est

por fazer em relao compreenso dos reais impactos que o aumento da

participao dos veculos eltricos causar nas decises das concessionrias

de distribuio de energia eltrica. A primeira extenso deste estudo dever serfeita em termos geogrficos, ou seja, ser necessrio efetuar simulaes com

maior abrangncia de rea e nmero de consumidores. Alm disso, a incluso

de reas mistas residencial/comercial/industrial trar maior representatividade

aos resultados.

Outra linha de pesquisa a ser adotada a que trata dos custos, sejam

eles de distribuio, afetados pelas perdas do sistema, ou de investimentos,

necessrios para adequar a qualidade da energia fornecida aos novos nveis

de solicitao dos alimentadores atingidos com o aumento da participao dos

EVs no mercado. Alm disso, a regulamentao das operaes de recarga de

veculos eltricos dever ser objeto de investigao e desenvolvimento, tendo

em vista as implicaes econmicas e financeiras que adviro. Sob este

aspecto, tanto as polticas tarifrias quanto os incentivos e regulamentaes,

devero ser objeto de novas propostas e simulaes.

Ver observao final do Prof. Marciano


61/68

61

ANEXOFLUXO DE CARGA PELO MTODO DA SOMA DE POTNCIAS

Para as equaes a seguir, considerem-se as letras em negrito representando

quantidades complexas. Considere-se o ramo genrico da rede de distribuio,

mostrado na figura A-1. As seguintes equaes se aplicam:

Fig. A-1 ramo genrico de uma rede de distribuio

(A.1) / (A.2)

cos sin (A.3)

onde e so, respectivamente, os ngulos de fase de e e o

complexo conjugado de .Separando-se as partes real e imaginria, obtm-se as seguintes equaes:

cos ! (A.4) sin (A.5)

com

.

Considerando-se quesin cos 1, isolando-os em (A.4) e (A.5) obtm-se:


62/68

62

# $2 & 0 (A.6)

Esta equao biquadrada independe das fases de e e sua soluo pode

ser escrita diretamente:

( * + * (A.7)onde

* , -. e (A.8)

. + . (A.9)

Temos ainda

impedncia do trecho i;34 4 4 carga conectada ao trecho i;3 fluxo no trecho i; e

tenso na origem do trecho i.

O clculo das perdas no trecho5baseia-se apenas em dados do prprio trechoe resulta

63 7|9-|, -: (A.10)

O algoritmo do mtodo da soma de potncias pode ser descrito sumariamente

em 4 passos:


63/68

63

1- Considerar perdas nulas em todos os trechos;

2- Atualizar fluxos usando a varredura reversa (em direo referncia);

3- Calcular tenso e perdas nos ramos com varredura direta, usando as

equaes (A.7), (A.8), (A.9) e (A.10);

4- Repetir 2 e 3 at que a diferena entre as perdas totais de duas

iteraes sucessivas seja menor que a tolerncia especificada.


64/68

64

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] FORD, A., Electric Vehicles and the Electric Utility Company, Energy,

Policy, 1994, Volume 22, number 7[2] PILLAI J. R., BAK-JENSEN, B., Vehicle-to-Grid Power in Danish Electric

Power Systems Preparation of full paper for the International Conference

on Renewable Energies and Power Quality

[3] WANG, Y. J., OCONNELL, R. M., BROWNFIELD, G., Modeling and

Prediction of Distribution System Voltage Distortion Caused by Nonlinear

Residential Loads, IEEE Transactions on Power Delivery, VOL. 16, NO.

4, OCTOBER 2001

[4] J. DOWDS, C. FARMER, P. HINES, R. WATTS, S. BLUMSACK, ,A

Review of Results from Plug-in Hybrid Electric Vehicle Impact Studies

[5] J. TAYLOR, A. MAITRA, M. ALEXANDER, D. BROOKS, M. DUVALL,

Evaluation of the Impact of Plug-in Electric Vehicle Loading onDistribution System Operations

[6] KEMPTON, W., TOMIC, J., Vehicle-to-grid power fundamentals:

Calculating capacity and net revenue, Journal of Power Sources 144

(2005) 268279

[7] TOMIC, J., KEMPTON, W., Using fleets of electric-drive vehicles for grid

support, Journal of Power Sources 168 (2007) 459468

[8] HEYDT G. T., The Impact of Electric Vehicle Deployment on Load

Management Strategies, IEEE Transactions on Power Apparatus and

Systems, Vol. PAS-102, No. 5, May 1983

[9] FORD, A., System Dynamics and the Energy Industry, Encyclopedia of

Energy, Volume 5, 2004, Elsevier Inc.


65/68

65

[10] QUINN, C.; ZIMMERLE, D.; BRADLEY, T. H.; The effect of

communication architecture on the availability, reliability and economics

of plug-in hybrid electric vehicle-to-grid ancillary services; Journal of

Power Sources, in press, connected proof, 2009

[11] GUILLE, C; GROSS, G; The Integration of PHEV Aggregations into a

Power System with Wind Resources; 2010 IREP Symposium- Bulk

Power System Dynamics and Control VIII (IREP), August 1-6, 2010,

Buzios, RJ, Brazil

[12] ULBIG, A.; GALUS, M. D.; CHATZIVASILEIADIS, S.; ANDERSSON, G.;General Frequency Control with Aggregated Control Reserve Capacity

from Time-Varying Sources: The Case of PHEVs 2010 IREP Symposium

Bulk Power System Dynamics and Control VIII (IREP), August 1-6,

2010, Buzios, RJ, Brazil

[13] ROCHA ALMEIDA, P. M.; PEAS LOPES, J. A.; SOARES, F. J.;

VASCONCELOS, M. H.; Automatic Generation Control Operation with

Electric Vehicles; 2010 IREP Symposium- Bulk Power System Dynamics

and Control VIII (IREP), August 1-6, 2010, Buzios, RJ, Brazil

[14] HAN, S.; HAN, S.; SEZAKI, K.; Development of an Optimal Vehicle-to-

Grid Aggregator for Frequency Regulation; IEEE Transactions on Smart

Grid, Vol. 1, No. 1, June 2010

[15] STERMAN, J., Business Dynamics, 2000, Irwim McGraw-Hill, New York

[16] VENNIX, J. M. A., Group Model Building: facilitating team learning using

system dynamics, Chichester, John Wiley & Sons, 1996

[17] MOROZOWSKI Filho, M.; NASSER, I. C.; LOURENO, E. M.;

CARVALHO, L. C. X.; MAZZULI, F. H.; Planejamento e Dinmica de


66/68

66

Sistemas Energticos Relatrio 1 Reviso da Literatura, dezembro

de 2005

[18] GARCA, J. M.; Teora y ejercicios prcticos de Dinmica de Sistemas;

Segunda edicin revisada Enero 2006 (Edio do prprio autor)

Barcelona (Espaa)

[19] COYLE, G., Management System Dynamics, Wiley, New York, 2007

[20] KNOLSEISEN, A. B.; COELHO, J.; Modelagem Probabilstica da

Variao da Carga em Fluxo de Potncia de Sistemas de Distribuio,

LabPlan, Departamento de Engenharia Eltrica da UFSC[21] SCHUCH, G. B.; Um Modelo para Estudos da Demanda de Energia

Eltrica em um Ambiente Competitivo; Tese de Doutorado apresentada

UFSC, abril de 2000, Florianpolis, SC

[22] MARRA, F.; TRHOLT, C.; LARSEN, E.; WU, Q.; Average Behavior of

Battery-Electric Vehicles for Distributed Energy Studies; IEEE Innovative

Smart Grid Technology Europe 2010, 2010

[23] KEMPTON, W.; TOMIC, J.; Vehicle-to-Grid Power Implementation: from

Stabilizing the Grid to Supporting Large-Scale Renewable Energy, J.

Power Sources 144 (2005) 280294.

[24] GEIDL, M.; ANDERSSON, G.; Optimal Power Flow of Multiple Energy

Carriers; IEEE Transactions On Power Systems, 22(1), 2007

[25] GALUS, M. D.; ANDERSSON, G.; An approach for Plug-In Hybrid

Electric Vehicle (PHEV) Integration into Power Systems; Technical

report, Power Systems Laboratory, ETH Zurich, 2007


67/68

67

[26] Matthias D. Galus , Marek Zima, Gran Andersson ; On Integration of

Plug-In Hybrid Electric Vehicles Into Existing Power System

geração distribuída usando veículos elétricos

Documents