3.2 – CRITÉRIOS LIMITADORES DA PENETRAÇÃO

Conforme verificado no Capítulo 2, alguns aspectos da GDFV não causam impactos consideráveis na rede de distribuição, tais como a reduzida quantidade de distorção harmônica que é injetada na rede e a limitada contribuição para a corrente de curto- circuito. Assim, esses fatores não são levados em consideração pelo método para a determinação do limite de penetração da GDFV em redes radiais de distribuição.

Existem outros aspectos que dependem exclusivamente das características do conversor, abrangendo as técnicas para detecção do ilhamento não-intencional e a maior suportabilidade frente aos distúrbios do sistema elétrico. Assim, esses aspectos também não são considerados pelo método, por envolver a eletrônica de potência e não a fonte de energia propriamente dita.

Logo, o principal aspecto que influencia a quantidade de GDFV que pode ser inserida em uma rede de distribuição envolve a regulação de tensão, a qual é afetada diretamente pela quantidade de potência produzida pela GDFV. Isso permite identificar três critérios limitadores que devem ser simultaneamente satisfeitos, descritos a seguir.

3.2.1 – Critério no _{1: Aumento de tensão}

Quando a potência produzida pela GD é superior à carga local, potência que é injetada na rede de distribuição. Tal situação provoca a circulação de corrente no alimentador em sentido reverso ao usualmente encontrado nos alimentadores das redes de distribuição, pois

passa a fluir da carga para a subestação. Como a tensão de referência na subestação é essencialmente constante devido à atuação de reguladores, a corrente no alimentador gera uma diferença de potencial que eleva a tensão na barra de carga. Tem-se então um aumento da tensão, aqui considerado como um fenômeno oposto à queda de tensão. A magnitude em que a tensão é elevada depende dos seguintes parâmetros:

 Impedância do alimentador utilizado na rede de distribuição;

 Localização da GD no alimentador da rede de distribuição, pois geração no final do ramal apresenta maior aumento de tensão;

 Possibilidade de o conversor utilizado pela GDFV modificar o fator de potência da energia produzida, visando realizar o controle da tensão por meio do consumo de energia reativa;

 Quantidade de potência injetada na rede;

 Coordenação com os dispositivos de regulação de tensão utilizados pela concessionária (bancos de capacitores e transformadores com possibilidade de mudança da relação de transformação sob carga); e

 Existência de sistema de armazenamento para absorver a potência que causa o aumento da tensão acima da faixa de valores considerada adequada.

A variação de tensão na barra onde a GD está instalada depende da quantidade de potências ativa e reativa injetadas. Essa variação pode ser ilustrada por uma rede formada por 2 barras unidas por uma linha (Figura 3.1). O ponto 1 é a barra de referência do sistema, com tensão constante e ângulo fixo, utilizado como referência fasorial. Esse ponto representa a subestação, a qual possui reguladores de tensão. Na barra 2 encontra-se a carga conectada juntamente com a GD. Para este circuito, a tensão na carga é obtida pela Equação 3.3.

2

- ₁ 12 (3.3)

Onde: = tensão na barra de referência do sistema. ₁

2

= tensão na barra de carga. 12

3.2.1.1 – Injeção de potência ativa pela GDFV

Na Figura 3.1 é apresentada a situação de alimentador puramente resistivo conectando carga dotada de GD ao barramento infinito. Somente potência ativa (P) é absorvida pela carga ou produzida pela GD na barra 2. Em ambos os casos, a variação de tensão no alimentador está em fase com a tensão da barra 2, fazendo com que, ao absorver potência ativa, ocorra uma queda de tensão em comparação à barra 1. Com GD operante e injetando potência ativa no alimentador resistivo, ocorre um aumento do módulo da tensão na barra 2.

(a)

(b)

Figura 3.1 – Variação da tensão para alimentador puramente resistivo com (a) potência ativa absorvida; e

(b) potência ativa injetada na rede.

A potência ativa injetada pela GD provoca um aumento da tensão na barra de carga devido à resistência do alimentador. Comportamento diferente ocorre caso o alimentador seja puramente indutivo (Figura 3.2). Nessa situação, tanto consumindo como injetando potência ativa, a tensão na barra 2 é inferior à de referência.

(a)

(b)

Figura 3.2 – Variação da tensão para alimentador puramente indutivo com (a) potência ativa absorvida; e

(b) potência ativa injetada na rede.

3.2.1.2 – Injeção de potência reativa pela GDFV

A Figura 3.3 ilustra o comportamento da potência reativa (Q) indutiva sobre um alimentador puramente resistivo. Tanto absorvendo quanto gerando, a tensão na barra 2 é inferior à da barra 1, modificando apenas o ângulo de potência.

(a)

(b)

Figura 3.3 – Variação da tensão para alimentador puramente resistivo com (a) potência reativa indutiva

Na Figura 3.4 é apresentado o diagrama fasorial de tensões quando potência reativa indutiva trafega sobre um alimentador puramente indutivo. Na situação de carga consumindo potência reativa, a tensão é reduzida quando comparada com , porém quando a GD é inserida, ocorre um aumento de tensão na barra 2.

(a)

(b)

Figura 3.4 – Variação da tensão para alimentador puramente indutivo com (a) potência reativa indutiva

absorvida; e (b) potência reativa indutiva injetada na rede.

Nota-se, então, que a potência ativa injetada aumenta a tensão na barra de carga quando há resistência no alimentador, porém tem efeito oposto quando indutância está presente. Logo, a relação X/R da linha afeta diretamente o comportamento do sistema.

3.2.2 – Critério no _{2: Colapso de tensão}

O colapso de tensão é a diminuição súbita e de grande amplitude da tensão em um sistema elétrico ou em parte desse sistema (ABNT, 1992). Sua principal causa decorre da queda de tensão na impedância dos condutores. Em uma rede com carga pesada, a tensão é reduzida devido a esta queda, o que aumenta a intensidade da corrente consumida por uma carga de potência constante. Assim, surge uma retroalimentação positiva que tende à insustentabilidade do sistema, podendo vir a provocar o colapso de tensão na barra de carga (Bebic, 2008).

O colapso de tensão está associado ao aumento de tensão que ocorre na barra onde a geração distribuída está conectada. Para uma determinada potência fixa a ser injetada, caso a tensão nesta barra seja elevada, a corrente necessária para gerar a potência é, consequentememente, diminuída. Porém, caso a tensão na barra seja reduzida, uma maior corrente será requisitada, o que eleva as quedas de tensão e as perdas, podendo tornar o sistema elétrico instável.

3.2.3 – Critério no _{3: Capacidade térmica de transformadores e ampacidade de}

condutores

Deve-se analisar a capacidade térmica dos equipamentos para evitar que alimentadores e transformadores tenham seu valor nominal de corrente ultrapassado quando a GDFV injeta potência na rede. Como a GDFV possui elevado fator de coincidência, deve-se atentar para não sobrecarregar equipamentos dimensionados para um menor fator.

3.3 – MÉTODO PARA DETERMINAÇÃO DO LIMITE DE PENETRAÇÃO DA

GDFV

A fim de contemplar todas as variáveis que afetam o limite de penetração da GDFV em redes radiais de distribuição, torna-se necessária a utilização de um programa de fluxo de carga, com possibilidade de modificação de parâmetros de forma iterativa.

3.3.1 – Algoritmo

O algoritmo para determinação do limite de penetração da GDFV em redes radiais de distribuição consiste, basicamente, em receber os dados da rede e executar diversos equacionamentos de fluxo de carga sobre eles. As tensões em todas as barras são calculadas e, caso estejam abaixo do limite máximo de tensão considerada adequada, pequenas parcelas de GDFV são inseridas nas barras. Nesse procedimento iterativo, aumenta-se a quantidade de GDFV até que a tensão em alguma das barras ultrapasse o valor máximo admitido. De posse dos resultados de cada etapa, verifica-se se algum componente encontra-se em sobrecarga, o que restringe a quantidade de GDFV possível de

ser instalada, indicando os locais da rede onde um reforço pode ser efetuado a fim de aumentar a penetração (Figura 3.5).

A geração fotovoltaica é modelada como uma carga de potência constante, porém com o sinal invertido. Essa modelagem simplificada não considera a injeção de harmônicos ou a contribuição para a corrente de curto-circuito, que podem ser desprezadas, e facilita os procedimentos matemáticos necessários. Assim, ao incrementar a quantidade de potência ativa produzida pelo sistema fotovoltaico (PGDFV), a alteração é realizada na potência que

flui pela linha, mantendo-se inalterada a potência reativa consumida pela carga (Figura 3.6). Para o fluxo de carga, o resultado líquido de carga na barra, seja consumindo potência ativa (PLINHA < 0) ou injetando potência na rede (PLINHA > 0), é utilizado. Com o valor de

PLINHA na barra, obtido pelo método, e o já conhecido valor da carga (PCARGA), pode-se

obter o valor da potência ativa da GDFV (PGDFV) (Equação 3.4).