impacto da energia eólica na rede elétrica planejamento ... · centro de pesquisas de energia...

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Encontro da Região Sudeste | Junho 2012 0

14/6/2012 0

Impacto da Energia Eólica na Rede

Elétrica

Planejamento e Operação

Autor / apresentador –Ricardo Penido D. Ross

Departamento de Redes Elétricas – Departamento de Tecnologia de Distribuição

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica


Variabilidade da Fonte Primária

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

1/2/12 0:00 3/2/12 0:00 5/2/12 0:00 7/2/12 0:00 9/2/12 0:00 11/2/12 0:00 13/2/12 0:00 15/2/12 0:00 17/2/12 0:00

Cor

rent

e (A

)

Fundamental

Variação da potência gerada em função da velocidade do vento traz a necessidade da rede contar com reserva de capacidade


Fonte: Brochura CIGRFonte: Brochura CIGRÉÉ 450 450 (WG C6.08)(WG C6.08)Grid Integration of Wind Grid Integration of Wind GenerationGenerationFevereiro de 2011Fevereiro de 2011

Reação a Problemas causados pela rede básica de transmissão

Desligamento dos parque eólicos devido a afundamentos de tensão torna o controle de tensão e controle de frequência mais do sistema mais sensível


Ilhamento ou não quando da conexão à redes de distribuição


Mapa dos Principais Sistemas de Transmissão do Brasil - ONS


INFORMAÇÕES INSTITUCIONAIS

Operador Nacional do Sistema – responsável pela coordenação e controle da operação das instalações de geração e transmissão de energia elétrica

Rede Básica (níveis de tensão de 230kV e acima) e DITsProcedimentos de Rede Agentes de geração e cargaAgentes de TransmissãoAgentes de Distribuição

Agentes de Geração podem estar conectados na rede básica em DITs, nas ICGs ou nas distribuidorasDistribuidoras

Procedimentos de Distribuição – Início de 2009Anteriormente havia o relatório do ONS 2.1/052/2005 –“Estudos Complementares para Acesso das Centrais Eólicas do Proinfa”


Acesso aos Sistemas de TransmissãoRede Básica

Acesso aos Sistemas de DistribuiçãoConsulta de Acesso – Estudos PreliminaresFornecer ao ONS as informações básicas do seu empreendimentoProvidenciar os estudos de integração do seu empreendimento a rede para definir

a melhor opção de conexão. Mínimo Custo Global (modicidade tarifária)Fluxo de potênciaEstabilidade Curto-Circuito

Solicitação de Acesso – Estudos Definitivos e MediçõesNovos estudos mais detalhados – Impactos na rede elétrica existenteHarmônicos e FlickerMedições de qualidade de energia antes da conexão

Requisitos Técnicos Mínimos para Conexões a rede Básica (ONS)Impactos do acessante na redeDescrição de como devem ser executados os estudos

PROCEDIMENTOS de rede (ONS), e de distribuição (PRODIST)


Requisitos Técnicos MínimosONS

Frequencia Fora da NormalOperação entre 56,5 e 63 Hz sem atuação de proteção instantâneaOperação abaixo de 58,5Hz por até 10 segOperação entre 58,5 e 61Hz sem atuação de proteção temporizadaOperação acima de 61,5Hz por até 10 seg

Geração e Absorção de Reativos no Ponto de ConexãoFator de Potência nominal (fp = 1)em Operação NormalA pedido do ONS se manter na faixa entre (0,95 ind e 0,95 cap)

Tensão Fora da NormalOperação entre 0,90pu e 1,10pu sem atuação da proteção temporizadaOperação entre 0,85pu e 0,90pu sem atuação proteção por até 5 seg

Possibilidade de redução da geração pelo controle das pás


Curva de Suportabilidade a Afundamentos de Tensão (“Ride Thru”) ou “LVRT”


Qualidade de EnergiaEstudos

ONS – Instruções para realização de Estudos e Medições de QEE relacionados aos Novos Acessos a Rede BásicaHarmônicos – Injeção de correntes no ponto de acoplamento comumFlicker – Avaliação Simplificada proposta na norma IEC-61400-21

MediçõesAntes e Depois da ligação do Parque EólicoPonto de Acoplamento ComumDuração Mínima 7 diasHarmônicos (tensão)Flicker (tensão)Desequilíbrio


Tipo 1 – Gerador de Indução – estator diretamente conectado à rede, rotor gaiola, capacitores chaveáveis (se houver)

Tipo 2 – Gerador de Indução – estator diretamente conectado à rede, rotor bobinado, capacitores chaveáveis (se houver)

Tipo 3 – Gerador de Indução com dupla alimentação –estator diretamente conectado à rede , rotor conectado através de conversor (VSC), filtros do lado CA

Tipo 4 –Gerador Síncrono conectado a rede através de conversor (VSC), filtros do lado CA

Tipo 5 –Gerador Síncrono diretamente conectado àrede

Tipos de aerogeradores


Aerogerador Tipo 4 –Conversor e Controle

Conversor Fonte de Tensão (VSC) com controle de corrente

iref

iout

vout


Os aerogeradores dos tipos 3 e 4 causam variação expressiva da Injeção de Correntes Harmônicas na rede elétrica

Variabilidade na Injeção de correntes Harmônicas

Corrente de Quinta Harmônica Medida no aerogerador

0

2

4

6

8

10

12

14

16

qua sex dom ter qui sáb seg qua sex

Cor

rent

e (A

)


Módulos SCXI

Transdutor de tensão

Filtro Passa -baixa

Aquisição de dados (A/D)

condicionamento

Cálculo e Armazenamento

v i

Condici onamento e processamento

vvento.

TC

Medidor de QEE segundo a NBR-IEC 61400-21

• Medidores comerciais não atendem todos os requisitos• Desenvolvimento de um sistema de mediçãoBobina de Rogowski

LabVIEW


Carga Pesada e Carga LeveContingênciasOs estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e

para o ano final de instalação do parque eólicoConsiderar diferentes valores de potência ativa geradaConexão do parque eólico a RB é responsabilidade do acessanteReforços que a RB precisa realizar para prover a entrada do novo

acessante é responsabilidade do ONS e as transmissoras e devem considerar o mínimo custo globalDevem ser estudadas diversas alternativas para conexão a redeDados do SIN no formato dos principais programas do CEPEL

estão disponíveis nos sítios www.ons.org.br ou www.epe.gov.br

Estudos de Fluxo de Potência


Estudos de Curto Circuito

Verificação do Aumento do Nível de Curto-Circuito na RedeVerificação de Superação de Disjuntores e outros equipamentos

existentesAnálise da proteçãoOs estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e

para o ano final de instalação do parque eólico


Estudos de Estabilidade EletromecânicaSimulações dos Eventos mais Relevantes levando em

consideração a probabilidade e a intensidadeAplicação e eliminação de curtos-circuitos (RB e distribuição AT)Rejeição do Parque eólico com diversos níveis de potência ativa gerada

Os estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e para o ano final de instalação do parque eólico

Modelagem dinâmica do parque eólicoPerda de sincronismoSimulação de relés que podem ser sensibilizadosSimulação de Sistemas de Controle de geradores e compensadores localizados nas proximidades


Modelo no Anatem de Fonte em Derivação controlada por CDU


Estudos de Harmônicos

Simulações em programas de modelagem Harmônica Fonte Harmônica, representando todo o parque eólico, conectada no ponto de acoplamento comumRestante da rede elétrica simulada considerando as principais contingênciasComparação da distorção calculada de cada frequência harmônica com os limites individuais de distorção de tensão definidos no Procedimento de RedeCaso haja ultrapassagem é necessária a adoção de filtros

Os estudos devem ser efetuados para o ano de entrada inicial e para o ano final de instalação do parque eólico


ONS – Estudos de determinação da distorção harmônica de tensão

Fonte de Fonte de

Corrente Eq.Corrente Eq.

Impedâncias,capaImpedâncias,capa--citores e filtroscitores e filtros

Lugar Lugar GeomGeoméétricotrico


ONS – Estudos – Obtenção do L.G. de Admitâncias para cada (h)

Diferentes cenDiferentes cenááriosrios

Diferentes contingênciasDiferentes contingências

Diferentes cargasDiferentes cargas


Limites Individuais de Distorção Harmônica da Tensão - ONS

13,8 kV V 69 kV V 69 kV

ÍMPARES PARES ÍMPARES PARES

ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%) ORDEM VALOR(%)

3 a 25 1,5 3 a 25 0,6

todos 0,6 todos 0,3

27 0,7 27 0,4

THDV95% = 3 THDV95% = 1,5


Valores de Referência Distorção Harmônica da Tensão - PRODIST

Distorção Total de Tensão

Vn < 1kV - 10%1kV < Vn < 13,8kV – 8%13,8kV<Vn< 69kV - 6%69kV<Vn< 230kV - 4%


HV MV

Ihb

ZF Zt ZS

Vhb Iha Vha

Estudos de Simulação Harmônica

Parque Eólico

Parque Eólico com apenas um único aerogerador tipo 4


Há impacto tanto da geração de energia eólica na rede elétrica como da rede elétrica nas instalações eólicas

Está sendo investigado em diversos países qual o máximo nível de energia eólica na rede que não comprometa o desempenho do sistema

Estão sendo desenvolvidas novas técnicas nos aerogeradores que permitam melhorar transitoriamente:

Controle de Tensão – Reativo

Participação no controle de frequência Estão sendo investigadas técnicas visando separar os

harmônicos efetivamente injetados pelos aerogeradores dos existentes na rede elétrica

Conclusões e Desenvolvimentos


OBRIGADOOBRIGADO

[email protected]@cepel.br

impacto da energia eólica na rede elétrica planejamento ... · centro de pesquisas de energia...

Documents