Orientador: Fernanda Caseño Trindade Arioli

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação

Resumo: O aumento de instalações de microgeradores solares fotovoltaicos em sistemas de distribuição de energia elétrica tem resultado em desafios técnico-econômicos associados ao controle de tensão e de compensação de potência reativa, tais como: transgressão dos limites de tensão em regime...

Resumo: O aumento de instalações de microgeradores solares fotovoltaicos em sistemas de distribuição de energia elétrica tem resultado em desafios técnico-econômicos associados ao controle de tensão e de compensação de potência reativa, tais como: transgressão dos limites de tensão em regime permanente, elevação das perdas técnicas percentuais, violação dos limites de fator de potência, aumento da frequência de atuação de reguladores de tensão e bancos de capacitores controlados por tensão devido à falta de coordenação e a variações de tensão causadas pela intermitência da potência gerada pelos geradores fotovoltaicos. Em outra vertente, para as redes tradicionais, sem a inserção de tecnologias emergentes como geradores distribuídos, veículos elétricos e armazenadores de energia, novos equipamentos, ou adaptações de equipamentos já existentes, foram desenvolvidos na tentativa de complementar a atuação dos equipamentos de controle de tensão e de potência reativa tradicionais, são eles o Regulador de Tensão da Baixa Tensão (RTBT), o Compensador Dinâmico de Potência Reativa (CDR) e o Static Var Generator (SVG). Considerando estes dois cenários, a presente dissertação propõe investigar o potencial de utilização destas novas tecnologias e de reatores de baixa tensão para a mitigação dos desafios técnicos enfrentados em redes com nível de penetração de microgeração solar fotovoltaica que resulte na violação dos limites operativos do sistema elétrico e de seus componentes. Com tal finalidade, esta dissertação investiga o desempenho de tais equipamentos através de uma análise comparativa, prévia e após a inserção dos mesmos, baseada nos resultados de simulações de fluxos de potência série-temporal empregando o software OpenDSS e um algoritmo de controle escrito em Python. O foco destas análises é a avaliação da contribuição de cada equipamento na regulação da magnitude de tensão em regime permanente, no fator de potência, no percentual de perdas técnicas e na redução da variabilidade da magnitude de tensão provocada pelos transitórios de tensão causados pela passagem de nuvens. Os equipamentos investigados são modelados com base nos princípios reais de funcionamento e são sugeridas modificações técnicas de forma a melhorar o desempenho de alguns destes equipamentos no contexto de inserção de microgeração solar fotovoltaica. Embora os equipamentos modernos possuam módulos de comunicação, essa tecnologia não é empregada nas simulações, os equipamentos usam medição local para tomada de decisão. Os resultados mostram que se devidamente alocados, dimensionados e ajustados, os equipamentos avaliados podem ser empregados para mitigar problemas devidos ao aumento da penetração de microgeração fotovoltaica. Quanto às variações de tensão causadas pela passagem de nuvens, apenas o SVG reduz a amplitude das variações bruscas de tensão

Abstract: The increase in installations of solar photovoltaic microgenerators in electric power distribution systems has resulted in technical challenges associated with voltage and reactive power (Volt-var) control, such as: steady state voltage limits violation, percentage technical loss increase,...

Abstract: The increase in installations of solar photovoltaic microgenerators in electric power distribution systems has resulted in technical challenges associated with voltage and reactive power (Volt-var) control, such as: steady state voltage limits violation, percentage technical loss increase, power factor limits violation, increased frequency of actuation of voltage regulators and capacitor banks due to miscoordination and cloud transients. On the other hand, for traditional networks, without the inclusion of emerging technologies such as distributed generators, electric vehicles and energy storage, modern technologies have been developed, or adaptations of existing technologies for the use with a lower voltage magnitude, in an attempt to complement the performance of traditional voltage and reactive power control equipment, they are the low voltage regulator, dynamic reactive power compensator, and Static Var Generator (SVG). Considering these two scenarios, the present work proposes to investigate the potential use of those modern technologies and the low voltage reactors aiming to mitigate the technical challenges in networks with level of penetration of photovoltaic microgeneration that results in power system regulatory limits violation and its components. This work investigates the performance of such technologies through a comparative analysis, before and after their installation, based on the results of time-series power flow simulations employing OpenDSS software and a control algorithm written in Python. The focus of these analyses is the contribution of each equipment in the control of the steady-state voltage magnitude, in the power factor, in the percentage of technical losses, and in the reduction of the voltage magnitude variability due to voltage transients caused by cloud transients. The investigated technologies are modeled based on real operating principles. Technical modifications and the reverse power flow treatment are suggested for low voltage technologies (low voltage regulator and low voltage reactor). Although those modern technologies have communication modules, during the simulations, they use only local measurement for decision making. The results show that if properly allocated, dimensioned and adjusted, the evaluated equipment can be used to mitigate problems due to the increased penetration of photovoltaic microgeneration. For solving the problems associated with cloud transients, only the SVG is able to reduce sudden voltage variations

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