Caso 3: Afundamento de 50% da tensão na barra do PAC

Para evidenciar a diferença entre as respostas dos diferentes controles de po- tência reativa durante a condição de LVRT, apresenta-se o caso de afundamento de tensão de 50% no PAC provocado por uma falta trifásica com duração de 500 𝑚𝑠 nessa barra, que ocorre no instante 3 s. Para esse caso a velocidade do vento é constante e igual à nominal. A Figura 5.24 mostra a afundamento no perfil da tensão no PAC.

Figura 5.24 – Tensão no PAC diante um afundamento trifásico de 50%.

A Figura 5.25 apresenta os resultados para as três diferentes estratégias de controle adotadas. À luz das condições de operação apresentadas, pode-se destacar que:

∙ Antes do afundamento todos os controles se encontravam operando na condição nor- mal, de regime permanente. Ambas as estratégias de controle de tensão apresentam valores nominais de tensão (1 pu) e injeção de potência ativa (1 pu). O modo de controle de potência reativa fixa apresenta uma tensão menor na condição de regime e com transferência de potência reativa para rede também inferior;

∙ Durante o afundamento de tensão o modo de controle de potência reativa fixa apre- sentou um valor mínimo de 0,443 pu, enquanto que o modo de controle de tensão com 𝐼𝑞 prioritário foi de 0,568 pu e com 𝐼𝑑 prioritário foi de 0,447 pu;

∙ O modo de controle de tensão com 𝐼𝑞 prioritário apresentou o melhor perfil de tensão, mesmo tendo um maior valor de pico na eliminação da falta decorrente do maior suporte de potência reativa durante o afundamento;

∙ O controle da tensão no lado CC apresenta um resultado melhor para o controle de tensão com 𝐼𝑞 prioritário. Contudo, os outros dois modos apresentaram uma variação considerável da tensão CC durante o afundamento;

∙ Mesmo extraindo potência ativa nominal do vento, o despacho dessa potência foi comprometido no modo de controle de tensão com 𝐼𝑞 prioritário, já que a prioridade é o fornecimento da potência reativa necessária. O circuito de proteção do lado CC utiliza o resistor para dissipar a potência que não pode ser entregue à rede;

∙ Para o modo de controle de tensão com 𝐼𝑑 prioritário o despacho de potência ativa ficou limitado apenas pela subtensão do sistema. O suporte de potência reativa foi limitado, pois a prioridade é a injeção de potência ativa. A variação ocorrida na injeção de potência ativa na rede elétrica causou instabilidade no controle do circuito de proteção do lado CC. Nesse caso, a lógica priorizando a injeção de potência ativa durante a subtensão não auxiliou para elevar a tensão durante o afundamento; ∙ Para o modo de controle de potência reativa constante não há suporte de reativo

visando o controle da tensão. Para esse modo é necessária a adoção de um modo de controle diferente para o modo LVRT, para que o aerogerador possa fornecer suporte à rede como é exigido pela maioria dos códigos de rede, impondo uma mudança na estratégia de controle. O despacho de potência ativa fica limitado pelo afundamento de tensão, e a variação que ocorre nesse despacho causa perda da eficiência no controle da tensão no lado CC.

∙ Por fim, o modo de controle com Iq prioritário apresentou o melhor desempenho para suporte de reativo durante o modo LVRT, com um aumento da corrente capacitiva de acordo com a redução de tensão. Todas as estratégias apresentadas estão presentes na literatura e podem ser fornecidas por alguns fabricantes.

(a) Controle de potência reativa fixo para afundamento de 50% da tensão no PAC.

(c) Controle de Tensão com Id prioritário para afundamento de 50% da tensão no PAC.

Figura 5.25 – Comparação dos modos de controle de potência reativa para afundamento de 50% da tensão no PAC.

5.8

Considerações Finais

Esse capítulo apresentou o sistema teste utilizado na presente pesquisa. No que tange as atividades realizadas, podem ser resumidas as seguintes considerações:

∙ Foi realizada a implementação computacional do modelo agregado de parque eólico e seus controles na plataforma PSCAD/EMTDC, apoiando-se em recursos já existen- tes na biblioteca do referido simulador. Tal modelo permite a realização de estudos dos impactos de diversos tipos da integração da geração eólica à rede elétrica; ∙ O sistema elétrico teste foi implementado de modo a avaliar o desempenho de um

parque eólico operando no modo de controle de tensão para equivalentes de sistema com diferentes potências de curto circuito;

∙ Foi efetuada uma análise comparativa entre dois modos de controle que podem ser exigidos pelo PR durante a operação normal do sistema, com verificação do que produz a maior eficácia do modo de controle de tensão para diferentes situações. Esse modo pode suprimir a utilização de outros dispositivos e do controle centralizado

do parque para realizar o suporte de reativos (REIS, 2015; RIZZOTTO, 2016). O modo de controle com Q=0 não apresentou bons resultados, necessitando de outros dispositivos;

∙ Para o afundamento de 10% observa-se o melhor desempenho do controle de tensão do que para o afundamento de 50%, o que corrobora com constatações presente, por exemplo, em (RAMOS; VALENÇA; FILHO, 2018), que para afundamentos mais severos a maior contribuição que o parque eólico pode fornecer ao sistema elétrico é permanecer conectado para auxiliar na recuperação do sistema após a eliminação do distúrbio;

∙ Diferentes estratégias para o modo de controle de tensão foram testados, sendo que a utilização da corrente do eixo em quadratura como prioritária possibilita uma melhor resposta em LVRT, se adequando, em parte, às exigências do PR. Essa estratégia na literatura é entendida como QUM. O circuito de proteção empregado no lado CC possibilita a atuação do aerogerador durante o LVRT sem grandes alterações no controle já existente e sem prejudicar a estrutura física dos equipamentos;

6 ANÁLISE DO SISTEMA EÓLICO PARA

DIFERENTES SISTEMAS EQUIVALEN-

TES EM RELAÇÃO À REGULAÇÃO DE

TENSÃO

Uma vez apresentados os conceitos básicos referentes à geração eólica, as pre- missas para modelagem do sistema elétrico sob análise e, por fim, a avaliação do desem- penho do modelo de aerogerador operando no modo de controle de tensão, este capítulo está focado em realizar:

∙ Análise de diferentes eventos comuns ao sistema elétrico com a integração de geração eólica;

∙ Avaliação dos resultados obtidos comparando-os com os requisitos do PR;

∙ Avaliação da influência da potência de curto-circuito trifásico do sistema equivalente para os resultados obtidos;

∙ Avaliação da capacidade do modelo do aerogerador do Tipo 4 em sua plenitude atuando no modo de controle de tensão e LVRT.

Para os casos simulados, consideram-se as seguintes premissas:

∙ Análise dos eventos na frequência fundamental da rede elétrica; ∙ Será desconsiderado o efeito das componentes harmônicas; ∙ Não há a implementação do sistema de proteção.

∙ O sistema elétrico é modelado na barra do PAC, o que não permite uma análise robusta das respostas dinâmicas do sistema.

Segundo o entendimento das premissas expostas, é possível analisar as varia- ções de tensão em cada caso e destacar os pontos críticos, possibilitando que o aerogerador participe ativamente na regulação de tensão no ponto destacado, além de encontrar o me- lhor ponto de despacho de potência ativa, considerando, claro, os limites operacionais do aerogerador como destacado previamente.

Buscando atender os objetivos dessa tese, a estrutura didática desse capítulo segue a sequência abaixo:

∙ Apresentação do sistema elétrico e suas variáveis em regime permanente;

∙ Cálculo das impedâncias das fontes equivalentes para as diferentes potências de curto-circuito e cálculo do SCR;

∙ Apresentação dos casos analisados;

∙ Realização das simulações e discussão dos resultados obtidos; ∙ Considerações finais.

6.1

Integração do Parque Eólico ao Sistema de Transmissão

O sistema teste é apresentado na Figura6.1, e os seus componentes são descri- tos no Capítulo 5, o aerogerador e o componente de escala. A barra de 33 kV encontra-se à jusante do disjuntor que conecta o parque ao transformador elevador de 33 kV/ 500 kV (representando a subestação elevadora). O transformador será considerado como parte do Ponto de Acoplamento Comum (PAC), ou seja, da rede básica, onde é obtida a tensão de referência para o modo de controle de tensão. A linha de transmissão conecta o PAC ao equivalente de Thévenin. Tal equivalente é o último componente do sistema estudado e suas características são definidas pela potência de curto-circuito e pela relação X/R. As simulações são realizadas considerando como bases a potência instalada no parque e a tensão de linha no PAC (500 kV).

A operação em regime permanente, considerando a velocidade do vento cons- tante e igual à nominal, é apresentada na Figura 6.2, que possibilita a verificar a injeção de potência ativa constante e nominal pelo parque eólico. A tensão no sistema também se encontra constante, com o valor no PAC controlado e igual à nominal. O sistema em condições normais atende os requisitos do PR para o regime permanente, tais como a geração/absorção de potência reativa no PAC.

6. ANÁLISE DO SISTEMA EÓLICO P ARA DIFERENTES SISTEMAS ALENTE S EM RELA ÇÃ O À REGULA ÇÃ O DE TENSÃ O 110 Componente De Escala Medidor_33 Medidor_PAC Componente De Falta Componente Da Linha de Transmissão Componente De Carga Representação do SIN Pelo Equivalente de Thevénin

Medidor Do Aerogerador

Medidor_th

Modelo do Aerogerador

Parque Eólico Sistema Elétrico Externo ao Parque

Barra 33 kV _{PAC de Thévenin}Barra Fonte

Figura 6.2 – Grandezas elétricas do sistema sob estudo.