6.3 Diferentes Cenários para Geração Eólica Integrada à Rede Elétrica
6.3.8 Caso 8: Afundamento de tensão de 10% com Baixa Geração Eólica
eólico de afundamento de tensão no PAC, nos mesmos moldes da Subseção 6.3.3, durante uma baixa geração.
A Figura 6.11 apresenta os resultados encontrados para todos os sistemas si- mulados.
Em relação à injeção de potência ativa é possível concluir que, assim como nos casos anteriores, não houve perda do fluxo de potência ativa.
Em relação à potência reativa há uma semelhança no comportamento do su- porte de potência reativa para todos os sistemas e, assim como nos casos anteriores, as diferenças registradas estão nos valores nominais encontrados durante a simulação dos ca- sos. A Tabela6.10mostra os valores máximos e mínimos da tensão no PAC. Analisando-se a tensão nos sistemas para esse caso, é destacado alguns pontos importantes, tais como:
∙ Durante a ocorrência do evento, a variação máxima registrada de tensão no PAC acometeu o sistema do Icc4, sendo 12,1%. Já para o sistema do Icc1, a variação alcançou 11,6%. Contudo, o perfil da tensão durante o evento é semelhante para todos os sistemas, assim como no caso da Seção 6.3.3;
∙ O maior valor, em relação ao valor nominal, encontrado no instante em que a falta é eliminada, sendo o instante em que que o parque eólico estava operando com maior injeção de potência reativa, ocorreu para o sistema Icc4, sendo de 1,04 pu e o menor para o Icc1 foi de 1,029 pu;
∙ Os menores valores foram registrados no instante da aplicação da falta. O menor valor foi registrado para o sistema Icc1 com 0,91 pu. Já para o sistema Icc4 foi de 0,919 pu;
∙ É ressaltado também que após o evento a tensão se recupera de forma estável e volta ao patamar que estava antes da contingência, já que não houve alterações na configuração da rede elétrica;
Tabela 6.10 – Valores máximo e mínimo do perfil para um afundamento de 10% no PAC durante uma baixa geração.
Fonte VPCCMIN (pu) VPCCMAX (pu) Diferença (%) Icc1 (40 kA) 0,910 1,029 11,6
Icc2 (30 kA) 0,911 1,031 12,0
Icc3 (20 kA) 0,913 1,034 12,1
(a) Icc1
(c) Icc3
(d) Icc4
Figura 6.11 – Grandezas elétricas monitoradas para um afundamento de 10% no PAC durante uma baixa geração.
6.4
Considerações Finais
As simulações computacionais desse capítulo utilizaram um sistema elétrico composto por um parque eólico com representação detalhada, um transformador elevador, uma linha de transmissão e uma fonte de Thévenin para representar o sistema visto da barra do PAC de forma simplificada e, desse modo, tiveram o propósito de comparar o desempenho do modo de controle de tensão na barra de referência implementado no modelo do aerogerador durante diferentes e importantes eventos que alteram o perfil da tensão no sistema. Foi observada a ação do controle sobre o fluxo de potência reativa e ativa, verificando como isso pode auxiliar no controle da tensão. Foram adotadas potências de curto-circuito trifásico existentes no sistema brasileiro para o nível de tensão do sistema a fim de obter o perfis de tensões diferentes para cada sistema teste, e assim determinar como a força de um sistema pode influenciar o desempenho do modo de controle. O sistema mais forte, de maior SCR, e apresenta também o maior X/R, e portanto, não é possível nesse capítulo observar individualmente o efeito de cada uma dessas relações sobre os resultados encontrados.
Os casos analisados consideraram eventos típicos do sistema elétrico com inte- gração de geração eólica e tiveram como cerne os impactos provocados na tensão da barra do PAC.
A primeira das constatações importantes desse capítulo é que a utilização do conversor back-to-back do full converter pode exercer o modo de controle de tensão de forma eficiente, possibilitando assim a supressão de equipamentos para regulação de tensão, como o STATCOM. Portanto, é visto que o suporte de potência reativa fornecido pelo parque eólico auxilia na recuperação de tensão durante os eventos estudados, e que por sua vez, não impacta na transferência da potência ativa máxima. O parque ajuda o sistema a voltar a operar em regime permanente e a conseguir cumprir com as demandas exigidas pelo PR.
Os valores encontrados para as variações de tensão estão aderentes aos requi- sitos de rede, não havendo violação em nenhum caso, indicando o bom desempenho do modo de controle de tensão. A Figura 6.12 destaca a relação entre as subtensões, sobre- tensões, diferenças entre valores máximos e mínimos de tensão e o SCR dos sistemas. Para a variação da velocidade do vento, de forma geral, o parque eólico não impôs variação significativa na tensão no PAC que atende os requisitos do PR, sendo maior a variação quanto mais fraco é o sistema equivalente.
(a) Variação do vento
(b) Conexão/rejeição de carga
(c) Afundamento de 10% da tensão no PAC
(e) Elevação de 10% da tensão no PAC
(f) Perda de metade da geração
(g) Elevação de 10% da tensão com baixa geração
(h) Afundamento de 10% da tensão com baixa geração
Figura 6.12 – Comparação dos resultados obtidos para cada caso versus o SCR dos siste- mas.
Para o caso que envolve a conexão/rejeição de carga é possível perceber uma variação maior nos valores da tensão quando comparado com o caso anterior. Para o sistema mais fraco, que apresentou a maior variação, o valor se aproximou de 8%. Esse fato analisado corrobora com a literatura, que indica que sistemas mais fracos apresentam maior variação na amplitude de tensão para casos semelhantes. Em relação ao modo de controle de tensão, pode-se observar a atuação de forma efetiva para todos os sistemas.
Nos casos de afundamentos de tensão de 10% e 50% no PAC com geração nominal foram identificadas tendências semelhantes, em que quanto mais forte o sistema, maior é a queda de tensão imposta no ponto da aplicação da falta. O controle de tensão se mostrou mais efetivo nos sistemas mais fracos, pois são mais susceptíveis a variação de tensão em relação ao suporte de potência reativa.
Especificamente, em relação ao PR, destacando-se os requisitos de LVRT, po- tência ativa de saída, operação em regime de tensão não nominal e geração/absorção de potência reativa, o parque eólico mostrou estar apto a ajudar no desempenho do sistema, pois manteve a variação no fluxo de potência reativa, rampa de recuperação de potência ativa, variação de tensão e recuperação de níveis de tensão dentro dos limites definidos pela legislação.
Para o caso de elevação de tensão no sistema equivalente de Thévenin, assim como nos casos de afundamento, foi observado que quanto mais forte o sistema maior é a variação na tensão no PAC que o sistema impõe, necessitando, portanto, que o parque eólico contribua para o controle de tensão para minimizar os efeitos. Em todos os casos é possível afirmar que o parque eólico contribuiu com o suporte de potência reativa e foi registrada a diminuição na amplitude da tensão durante o evento.
Para a perda da geração, assim como o caso da variação da velocidade do vento, é exigido que o parque gerador não inflija variação de tensão em regime permanente superior a 5% no PAC. Foi registrado que para o sistema mais fraco, uma variação de 8%, em regime dinâmico e em regime permanente a tensão voltou a operar próximo ao valor nominal, o que caracteriza, portanto, não haver problemas em relação ao PR.
Já para os casos que ocorreram com baixa geração, algumas constatações po- dem ser feitas em relação aos casos pares com geração nominal. Em relação à elevação de tensão, comparando o caso de geração nominal e baixa geração, é possível afirmar que há uma tendência de que em ambos os casos quanto mais forte o sistema, maior é a tensão registrada no PAC, sendo que com baixa geração esse valor é maior. Um diferença notada é que com geração nominal, quanto mais forte o equivalente, maior é a variação de tensão registrada durante o evento. Porém, quando se analisa o evento ocorrendo com baixa ge- ração, a variação é maior para o sistema equivalente mais fraco, fato esse que indica que o baixo carregamento do sistema tende a ser mais prejudicial para sistemas mais fracos.
Em relação ao afundamento de 10% da tensão, ocorre efeito semelhante, observando- se que para o sistema com baixa geração a variação de tensão é maior quanto menos forte é o equivalente, o que corrobora com a análise anterior, que sistemas menos fortes são mais propensos a maiores variações de tensão quando operam com baixa geração, além de que os valores registrados para os casos com baixa geração mais severos.
Apesar de não haver na atual versão dos requisitos de rede do ONS a carac- terização de valores para definir redes fortes e fracas, entende-se que a caracterização apresentada n presente pesquisa é coerente.
Para ilustrar um problema que pode ser enfrentado por uma rede fraca, a perda da referência pelo controle do aerogerador, é realizada a variação da impedância do sistema equivalente através da variação da impedância da fonte de Thévenin. A Figura6.13
mostra o sistema elétrico utilizado. Na simulação o sistema elétrico à esquerda da barra da fonte de Thévenin permanece inalterado, com comprimento de linha igual a 50 km. A impedância de Thévenin é representada com 4 impedâncias em paralelo. No início da simulação os 4 disjuntores estão fechados e a cada 5 segundos simulação é aberto um dos disjuntores até restar apenas um fechado. Desse modo é possível variar a impedância da fonte durante a simulação, e assim alterar a impedância do equivalente visto da barra do PAC. Desse modo a potência de curto-circuito do sistema equivalente varia, e o SCR começa com o valor de aproximadamente 5,4 para 2,5 quando o terceiro disjuntor é aberto no instante igual a 15 segundos.
Figura 6.13 – Sistema elétrico com impedância de fonte variante.
A Figura 6.14 mostra os resultados obtidos a partir dessa simulação. É perce- bido que a cada vez que um disjuntor é aberto (5 s, 10 s e 15 s) o fluxo de potência reativa é ajustado para manter a tensão na barra do PAC constante. O fluxo de potência ativa permanece constante enquanto a tensão é mantida constante. Ocorre a perda da sintonia entre a corrente de eixo em quadratura e a corrente gerada no instante que o sistema se torna fraco, e o controle da potência reativa não consegue mais seguir a referência, não sendo mais possível controlar a tensão. A perda da referência para o controle interno de corrente em quadratura causa instabilidade no controle da corrente em eixo direto e a variação na potência reativa causa variações na tensão.
Figura 6.14 – Mediação das grandezas elétricas durante ao aumento da impedância na fonte.