Modos de Funcionamento Implementados

A estrutura de controlo proposta é passível de aplicação em diversos cenários. Estes podem dividir-se fundamentalmente em dois tipos, consoante a rede de MT se encontra a funcionar isoladamente ou interligada com a rede a montante. Neste trabalho há ainda que ter em conta o facto de a preocupação principal ter sido o controlo de frequência (primário e secundário) e as funções de emergência a elas associadas (reposição de serviço, por exemplo) e não outras funcionalidades, pelo que a descrição genérica das secções anteriores dá agora lugar a uma descrição mais específica do desenvolvimento que efectivamente foi executado no contexto deste trabalho.

Assim, consoante o modo de funcionamento, as tarefas a cumprir pelo CAMC são distintas. Por exemplo, em modo interligado não há necessidade de ter uma participação autónoma no controlo de frequência, mas em modo isolado essa mesma participação é essencial.

Nos pontos seguintes serão descritos os procedimentos que foram definidos para o sistema de controlo hierárquico nos diversos modos de funcionamento de modo a poder responder às necessidades globais do sistema.

3.5.1 Modo Isolado

Quando ocorre o isolamento em relação à rede a montante supôs-se possível utilizar as capacidades avançadas do CAMC para manter a multi-micro-rede em serviço. Tal só será viável se a causa do isolamento for um defeito que não impeça o seu funcionamento normal, tal como, por exemplo, um defeito exterior à MMG. A manutenção em serviço da rede controlada pelo CAMC implica que este terá de gerir o sistema de modo a assegurar a manutenção dos critérios de qualidade de serviço dentro de determinados parâmetros, nomeadamente no que concerne aos valores eficazes das tensões e também ao valor da frequência.

Como o trabalho descrito neste texto se centra fundamentalmente na questão do controlo de frequência e de potência activa, assumiu-se que o problema do controlo de tensão, por ter um carácter mais local, será tratado de modo descentralizado, junto a cada entidade com capacidade para executar esta tarefa. Assim, os parágrafos seguintes irão procurar descrever o método proposto para conseguir um controlo eficaz da frequência numa MMG a funcionar em modo isolado, incluindo a transição para este modo de funcionamento.

Todo o processo para controlo de frequência e, consequentemente, do balanço de potência activa, é coordenado pelo CAMC. Apesar de os MGCC terem esta capacidade, apenas a utilizarão para controlar a frequência na MG que administram e só no caso de esta ficar isolada do resto da MMG. O controlo de frequência em MG isoladas foi já abordado em outros trabalhos [65, 72] pelo que se assumiu aqui que todas as MG se encontram num regime de funcionamento normal, interligado, e que a iniciativa no controlo secundário de frequência cabe exclusivamente ao CAMC.

O CAMC, para realizar um controlo de frequência eficiente, terá de medir continuamente (ou quase continuamente) o valor da frequência na rede. Terá, ainda, de ter informação sobre o estado da interligação da MMG com a rede a montante. Este dado permite ao CAMC decidir se deverá ou não actuar autonomamente de modo a procurar corrigir o valor da frequência caso este se afaste do valor nominal, pois apenas quando a MMG se encontra isolada pode o CAMC tomar as rédeas do controlo de frequência.

O valor da frequência, que se encontra a ser medido de um modo quase contínuo, vai ser utilizado pelo CAMC para definir a resposta que vai ser requerida aos dispositivos sob o seu controlo. Consoante o desvio de frequência observado, o CAMC irá actuar de modo a alterar a relação potência consumida/produzida no interior da MMG.

O CAMC tem também capacidade para procurar anular o erro de frequência, logo terá, adicionalmente, de calcular continuamente o valor do integral do erro de frequência e actuar também de acordo com o valor calculado.

Esta resposta ao conjunto dos valores do erro da frequência e do seu integral é, até certo ponto, semelhante ao comportamento tradicional dos sistemas de controlo automático de produção de energia do tipo AGC (Automatic Generation Control, na literatura anglo-saxónica).

A actuação do CAMC não será normalmente contínua mas sim cíclica. Assim, a cada determinado intervalo de tempo, o CAMC usa os valores do erro da frequência e do seu integral para determinar os valores de variação de potência que irá requerer às cargas, fontes e micro-redes que controla. Estes valores são determinados com base em critérios flexíveis e que podem ser adaptados às características da rede e condições de operação desejadas. Estes critérios podem ser, por exemplo, ambientais ou económicos, sendo este último o exemplo patente na implementação apresentada no Capítulo 4.

A periodicidade requerida para a actuação do CAMC será muito diferente consoante a tarefa que este se encontra a desempenhar num determinado momento [80]. No que diz respeito, por exemplo, ao controlo secundário de frequência (uma das preocupações fundamentais deste trabalho), os sistemas AGC convencionais podem enviar comandos a cada 2-4 segundos. No entanto, considerando as características típicas da produção distribuída, é possível que alguns geradores não consigam reagir tão depressa e um tempo tão curto seja desnecessário [80].

Existe uma situação especial dentro do funcionamento em rede isolada e que consiste na recuperação do sistema após o seu colapso, de um modo autónomo. Isto envolve o seguimento de uma sequência de reposição de serviço (black start), gerida pelo CAMC, assumindo que já as micro-redes conseguiram, na generalidade, fazer a sua própria reposição de serviço autónoma. A viabilidade do procedimento de reposição de serviço relativo às MG foi já investigada [72], pelo que esta suposição permitirá contar com elas para a recuperação da MMG.

3.5.2 Modo Interligado

Quando a MMG se encontra interligada com a rede a montante, o sistema de controlo autónomo de frequência do CAMC terá, em princípio, de se manter desactivado. Isto acontece para evitar que variações de frequência na rede interligada provoquem a actuação do CAMC e a consequente alteração extemporânea dos pontos de funcionamento dos dispositivos dentro da MMG. De facto, a rede a montante, de maior dimensão, terá normalmente condições para repor a frequência sem necessitar do apoio da MMG e, caso o necessite, o DMS pode requerer a contribuição que pretenda directamente ao CAMC.

Assim, em modo interligado, as MMG comportam-se como “centrais virtuais” (VPP – Virtual

Power Plants, na literatura anglo-saxónica), respondendo aos pedidos do DMS para alterações de produção,

um pouco como descrito em [82, 83], mas numa escala significativamente maior. A principal diferença, perceptível do exterior, quando comparadas com centrais convencionais, é o facto de poderem também funcionar como cargas, dependendo do equilíbrio interno entre a potência gerada e a carga. Também, devido à grande variabilidade da sua composição interna em termos das diferentes tecnologias de produção de energia eléctrica, é possível que a variação da velocidade de resposta com o nível de produção seja substancialmente não linear, uma vez que para diferentes potências geradas pelas MMG, é muito provável que diferentes tecnologias estejam envolvidas. Por exemplo, pode acontecer que o

incremento da potência gerada numa MMG seja rápido para potências baixas devido ao uso prioritário de grupos hídricos e se torne um pouco mais lento para potências mais altas devido a estes grupos terem a sua capacidade já esgotada e se começar a utilizar a potência disponibilizada por grupos de co-geração (CHP, por exemplo). Este efeito encontra-se exemplificado na Figura 3.6.

0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 Tempo (s) P o tê n ci a ( M W ) CHP Hidro Total

Figura 3.6 – Exemplo da não-linearidade que pode apresentar a saída de potência de uma MMG

Este comportamento como VPP permite que a MMG sob controlo de um determinado CAMC, enquanto em funcionamento interligado, possa ser sujeita a despacho por parte de um centro de controlo da rede de distribuição. Isto pode trazer algumas vantagens, pois permite, por exemplo, utilizar a contribuição das MMG para regular os trânsitos de potência nas linhas, potenciando o aumento da eficiência do sistema de distribuição de energia eléctrica.

Uma MMG pode, ainda, contribuir com alguma potência para a regulação primária de frequência. No entanto, essa contribuição, por depender largamente da composição da MMG em relação aos sistemas de produção de energia instalados, poderá ser relativamente modesta, mesmo à escala da MMG. A regulação primária de frequência por parte das MMG, ao existir, não partirá do CAMC mas sim de fontes localizadas na MMG e equipadas com controladores proporcionais ou outros equivalentes que actuam de forma autónoma. Uma das razões para tal é o facto de a resposta do CAMC nunca poder ser tão rápida como a dos controladores proporcionais, não limitados por atrasos nas comunicações. Note-se, no entanto, que ter alguns tipos de micro-fontes a participar na regulação primária de frequência pode limitar grandemente o aproveitamento que delas se consegue retirar, uma vez que pode conduzir ao desperdício de recursos energéticos primários ou, de outro modo, pode colocar a micro-fonte a operar num ponto de funcionamento não ideal que eventualmente será mais tarde optimizado pelos controladores do nível hierárquico superior (de um modo semelhante ao descrito na Secção 2.5.2.2). Adicionalmente, as alterações de produção inesperadas podem ser inconvenientes para a entidade que opera as micro-fontes, principalmente no caso de estas se destinarem à produção combinada de energia eléctrica e calor.

As fontes que se espera terem maior participação na regulação primária de frequência serão, assim, aquelas que mais se assemelhem a fontes convencionais, já utilizadas com frequência em sistemas

convencionais, tais como grupos diesel, mini-hídricas (se dotadas de máquinas síncronas) e grupos de produção combinada de calor e electricidade (CHP). Por este motivo, apenas MMG com volumes não negligenciáveis de produção com esta origem é que conseguirão ter um contributo apreciável para a regulação primária de frequência.