Simulações utilizando Monte-Carlo foram realizadas para avaliar o controle de tensão usando
o tap do transformador da subestação. Neste estudo, a posição do tap varia segundo uma regra baseada em zonas hórarias, como mostrado na Figura 42. Segundo a regra, após as 9h o tap do
transformador passa da posição inicial (posição 7) à posição 6, diminuindo assim o nível de tensão
nas redes secundária e primária, e após as 17h o tap volta na posição 7. Com esta estratégia o
número de cenários com problemas de sobretensão diminui e a CMP da maioria de redes aumenta. Este tipo de estratégia faz com que a CMP aumente sem necessidade de trocar os transformadores
de distribuição por transformadores com tecnologia OLTC.
Figura 42. Consumo de potência máximo por curva de carga.
A regra proposta na Figura 42 foi criada a partir da análise do histórico de cenários com
problemas de sobretensão para o caso base. Nesse caso contatou-se que os problemas de
sobretensão ocorreram tipicamente entre às 9h e às 17h, portanto, entre esses horários é desejável operar com o tap do transformador da subestação em um nível mais baixo, o que reduz
todas as tensões da rede, evitando grande parte dos problemas de sobretensão.
Na Tabela 18 é possível observar a CMP para todas as redes de distribuição para este caso. Segundo esta tabela, o ajuste do tap da subestação ajuda a regulação de tensão consideravelmente
24 18 9 0 200 400 600 800 R ad ia çã o [ kW /m ] 2 Tempo [h] 1000 Posição do tap 6 7
na maioria das redes secundárias em comparação com o caso base (Caso 1) e oferece resultados
similares aos observados no Caso 2 (regulação por meio de transformadores OLTC). Contudo, ralgumas das redes (rede 5, 7 e 8) irão requerer outras estratégias, como o uso de FPs indutivos
para elevar a CMP. Entretanto, de modo geral, esta estratégia simples apresenta resultados
interessantes para a maioria das redes e, portanto, deveria ser a primeira estratégia adotada em caso de redes onde a penetração de FVs tende a aumentar. Novas estratégias de controle, como as
estudadas nesta dissertação, devem ser consideradas apenas quando os estudos indicarem que
não é mais possível atender ás novas solicitações de alocação de painéis FVs.
Tabela 18. CMP com controle de tap na subestação MT:BT.
Rede FP = 1 FP = 0,975 CMP [%] FP = 0,92 1 100 100 100 2 100 100 100 3 100 100 100 4 100 100 100 5 0 10 20 6 100 100 100 7 40 60 100 8 50 100 100 9 100 100 100 10 40 60 90
6 CONCLUSÕES
Neste trabalho foi analisada a CMP de uma rede de distribuição rural brasileira. Foram
avaliados aspectos relacionados à regulação de tensão, desequilíbrio de tensão e sobrecargas nos
transformadores de distribuição. Na análise das redes foi levada em conta a interação das redes de BT com a rede de MT, avaliando o desempenho das mesmas através de simulações Monte-Carlo,
com o objetivo de tratar estatisticamente as incertezas associadas ao tamanho e localização dos
sistemas FVs, e aos perfis de radiação, temperatura e carga.
Em termos de impactos técnicos, os limites de tensão foram a principal limitação para a CMP,
já que, não foram observadas sobrecargas nos transformadores distribuidores nem ultrapassados
os níveis máximos permitidos de desequilíbrio nas tensões das redes de média tensão.
A absorção de potência reativa por parte dos sistemas FVs, o uso de transformadores com tecnologia OLTC da MT para a BT e o ajuste do tap do transformador da subestação foram
avaliados como técnicas para aumentar a CMP. Contatou-se que o uso de sistemas FVs com FP
indutivo, a substituição de transformadores de MT/BT por transformadores com tecnologia OLTC ou apenas o ajuste adequado do tap do transformador da subestação são estratégias que podem
levar ao aumento significativo da CMP da maioria das redes de BT analisadas.
As redes de distribuição que apresentaram menor CMP foram as redes de maior comprimento. As redes de menor comprimento apresentaram CMP elevadas, algumas alcançando 100% sem a
adoção de técnicas de controle de tensão.
Quanto à absorção de potência reativa por parte dos geradores FV, esta técnica oferece melhora na regulação de tensão e incrementa a CMP, no entanto, é observado um incremento nas
perdas de energia, sugerindo assim que esta técnica exige um maior fluxo de corrente pelos
a diminuição da potência ativa que pode ser injetada pelos geradores FV. O uso de FPs indutivos
pode ser uma estratégia adequada em várias das redes, entretanto, em várias das redes a CMP de 100% pode ser alcançada com FP unitário.
Quanto aos transformadores OLTC, estes oferecem melhores resultados na regulação de tensão
quando são instalados monitores de tensão nos diferentes pontos das redes. Isto devido a que se oferece para o controlador maior visibilidade do estado da rede facilitando ao controlador
estabelecer posições de tap convenientes para a maioria de clientes. Foi possível observar que
ajustando adequadamente a posição inicial do tap pode-se diminuir consideravelmente a quantidade de mudanças de tap e com isto aumentar o tempo de vida dos transformadores. Para
cada rede secundaria, foi determinada a posição inicial de tap mais adequada baseando-se no
número médio de comutações por dia.
A regulação de tensão feita por meio do tap do transformador da subestação pode ser uma opção viável economicamente, já que, ela oferece resultados similares aos obtidos com
transformadores OLTC, sem a necessidade de instalar monitores de tensão na rede. Esta técnica
pode ser utilizada em redes que são completamente residenciais, devido a que em redes deste tipo, as cargas mantem um mesmo padrão de consumo, facilitando a caracterização do perfil de
tensão ao longo do dia. Se a rede possuísse cargas fora do padrão residêncial (por exemplo,
industrial) este tipo de técnica poderia não ter oferecido bons resultados.
Quanto ao nível de desequilíbrio de tensão, foi possível observar que quando a alocação de
geradores é feita de forma que todas as fases mantenham um número similar de geradores
instalados, o nível de desequilíbrio máximo da rede não supera os limites estabelecidos por
norma. Por conseguinte, a CMP das redes não é limitada pelo nível de desequilíbrio na tensão. Portanto, de modo geral, todas as estratégias avaliadas podem levar ao incremento da CMP em
necessário aumentar a CMP deve ser analisada separadamente para que a melhor estratégia seja
selecionada.
6.1 A
TIVIDADES FUTURASComo atividade futura se recomenda estudar o controle inteligente do FP nos geradores FVs
(fator de potência variável) com o fim de desenvolver metodologias que permitam controlar
níveis de tensão diminuindo ao máximo as perdas de energia causadas pelo consumo desnecessário de potência reativa.
Recomenda-se também avaliar a CMP das redes tendo em conta os limites operacionais das
linhas com o fim de determinar se estas operam em sobrecarga, limitando a CMP das redes. Caso
sejam observadas sobrecargas, será necessário incluir um estudo econômico que compare o custo de reforçar as linhas com o fim de incrementar CMP das redes.
Com o fim de determinar a viabilidade econômica de cada estratégia avaliada neste trabalho
devem ser feitos estudos que tenham em conta o custo de instalação e operação dos transformadores OLTC e o custo resultante pelo incremento de perdas na absorção de potência
reativa por parte dos geradores FV.
6.2 P
UBLICAÇÕESOs títulos das publicações resultantes de esta pesquisa são mostradas a continuação:
1. Uso de OLTC no Aumento da Capacidade de Acomodação de Painéis Fotovoltaicos Residenciais - SBSE2016 - Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos (aceito para publicação);
2. Increasing the PV Hosting Capacity with OLTC Tecnology and PV VAr Absortion in a MV/LV Rural Brazilian Distribution System - 17th International Conference on Harmonics and Quality of Power (submetido para avaliação).
7 R
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8 A
NEXOS8.1
ANEXOA
Brazilian Distribution System
David A. Sarmiento, Pedro P. Vergara, Luiz C. P. da Silva, Madson C. de Almeida. Department of Systems and Energy, DSE.
University of Campinas, UNICAMP. Campinas, Brazil.
{dasn; madson; lui }@dsee.fee.unicamp.br, pedro.p.vergara@ieee.org Abstract—Distributed Generation (DG) can provide multiple
benefits in MV/LV distribution networks. However, high penetration levels may cause technical issues to the grid, as already observed in some countries. Thus, Distribution Network Operators (DNOs) have to consider alternative solutions to guarantee normal operation, even under high penetration levels. In this paper, a time-series based probabilistic methodology is used to estimate the maximum PV hosting capacity of LV distribution networks. The proposed method is applied to assess a real rural Brazilian distribution system. According to the obtained results, voltage regulation and overloads in distribution transformers limit the PV hosting capacity. Therefore, aiming to increase this capacity, the use of PV VAr absorption and OLTC transformers was technically evaluated.
Index Terms—PV systems, hosting capacity, voltage regulation, distributed generation, OLTC transformers, VAr absorption.
I. INTRODUCTION
Distributed generation (DG) may provide multiple benefits to the current power systems, such as to reduce power losses, power consumption from the main grid and increase reliability and efficiency indexes, among others [1]. Generally, DG systems rely on small-scale generation units designed to meet local demand and support economic operation of the main grid, as they are located near to users. Furthermore, these systems are an alternative for the production of energy and a way to meet the growing demand without counting on new large power plants. When the development of a power system is taken into account, a large hydroelectric power plant, the most used generation system in Brazil, would take several years, but for DG units, it would be much faster.
Driven by the high availability of renewable energy