Necessidades tecnológicas para configuração de uma microrrede

rede ilhada para assegurar que a regulação da tensão é mantida e estabelecer se os RED são capazes de sustentar as cargas durante o “ilhamento”. Os RED têm que ser capazes de suprir os requerimentos de potência ativa e reativa durante a operação ilhada e detecar se há defeitos a montante do ponto de conexão. Quando a potência é restabelecida na rede de distribuição, a chave não pode fechar até que a rede e a microrrede estejam em sincronismo. Para tanto, é requerido um sistema de medição de tensão nos dois lados da chave a fim de permitir o sincronismo da microrrede com a rede de distribuição [17].

4.1.1.

Necessidades tecnológicas para configuração de uma

microrrede

Para a operação das microrredes são necessárias algumas tecnologias básicas, tais como a geração distribuída (GD), incluindo os sistemas de armazenamento, elementos de conexão e sistemas de controle, conforme Figura 4.1 [17].

Um dos desafios técnicos é o projeto, aceitação e disponibilidade de tecnologias de baixo custo para a instalação e operação das microrredes.

Figura 4.1: Componentes de uma microrrede.

Geração distribuída

Conforme estudado no capítulo 2, as unidades de GD são pequenas unidades de geração de energia elétrica localizadas próximas às cargas que utilizam diversas tecnologias para a produção da energia, tais como a energia eólica, energia solar fotovoltaica, pequenas centrais hidrelétricas (PCH), células combustíveis, micro- turbinas e motores de combustão interna com gerador acoplado, que podem ser supridos com combustíveis fósseis (óleo diesel) ou renováveis (biomassa) que geralmente são utilizados como geradores de energia em espera (stand-by) e em processos industriais de co-geração, respectivamente.

Sistemas de armazenamento distribuído

Os sistemas de armazenamento distribuídos (SAD) são utilizados nas microrredes onde a geração e a carga não são equivalentes, ou seja, quando há um excesso de geração a energia é armazenada no SAD, quando a geração passa a ser inferior à carga, a diferença de energia é suprida pelo SAD. A capacidade de armazenamento é definida pelo tempo que a capacidade nominal de energia do sistema leva para sustentar a demanda de energia.

De acordo com [17], os sistemas de armazenamento elevam a performance da microrrede de três maneiras:

• Permitindo que as unidades de GD forneçam energia constante e estável, apesar das flutuações de carga.

• Mantendo a potência de saída estável, mesmo quando há variações dinâmicas de energia primária.

• Permitindo que as unidades de GD sejam operadas como usinas despacháveis.

Além disso, os sistemas de armazenamento evitam o surgimento de picos de demanda de eletricidade, evitam interrupções causadas por distúrbios momentâneos no sistema elétrico enquanto os geradores de reserva são acionados e armazenam energia para uma demanda de energia futura, [17].

As principais formas de armazenamento de energia disponíveis atualmente são: baterias, supercapacitores e volantes mecânicos (“Flywheels”). As baterias são sistemas de armazenamento de energia sob a forma de energia química que a convertem em energia elétrica em corrente contínua (CC) através de reações eletroquímicas, por isso, as baterias necessitam de conversores eletrônicos para permitir o fluxo de potência entre elas e os sistemas de potência em corrente alternada (CA). Os supercapacitores são dispositivos de armazenamento de alta densidade de potência com capacidade de ciclo elevada. Os volantes mecânicos são sistemas que vêm sendo considerados recentemente como um meio viável de suportar cargas críticas durante interrupções no sistema elétrico, por apresentarem resposta mais rápida que os sistemas de armazenamento eletroquímicos, [17].

Elementos de conexão

Os elementos de conexão interligam a microrrede à rede de distribuição. Avanços na eletrônica de potência nesta área substituíram as interfaces tradicionais que utilizavam relés e outros componentes por um único sistema com um processador de sinais digitais (DSP) capaz de efetuar funções de chave de potência (como disjuntores, tiristores, IGBT, entre outros), relés de proteção, sistemas de comunicação e medição das condições da rede em ambos os lados, na microrrede e na rede de distribuição, através de transformadores de corrente (TC) e transformadores de potencial (TP), conforme ilustrado na Figura 4.2, [17].

Figura 4.2: Diagrama esquemático dos elementos de conexão.

Sistemas de controle

O sistema de controle da microrrede é projetado para uma operação segura do sistema tanto no modo conectado à rede, como no modo ilhado. Quando operando no modo ilhado, o sistema de controle deve ser capaz de controlar a freqüência e a tensão locais, através da regulação da geração de potência ativa e reativa, respectivamente, e atuar na proteção da microrrede, [17].

No modo ilhado, o controle de freqüência é um grande desafio. Em usinas de geração de eletricidade de grande porte, a resposta de freqüência é baseada nas massas girantes das turbinas que, por sua vez, apresentam inércia grande. Nas unidades de geração distribuída, ocorre o oposto, pois se trata de usinas de pequeno porte que utilizam tecnologias de baixa ou nenhuma inércia. Por isso os sistemas de controle utilizados devem ser adaptados para fornecer a mesma resposta de freqüência que seria obtida caso uma usina com grande inércia estivesse conectada ao sistema. A estratégia de controle de freqüência nas microrredes deve explorar a capacidade que as tecnologias utilizadas em GD tem de alterar sua potência ativa, a resposta dos dispositivos de armazenamento e o corte de carga, [17].

A regulação da tensão é necessária para a confiabilidade e estabilidade da microrrede. Sem um controle efetivo da tensão, sistemas com alta penetração de GD estão sujeitos a excursões e oscilações de tensão ou potência reativa. O controle de tensão requer que exista um fluxo de potência reativa entre as fontes.

O problema da regulação da tensão ocorre tanto no modo conectado a rede como no modo ilhado. Quando conectado a rede, as unidades de GD podem ser utilizadas em serviços ancilares para sustentar a tensão local, [17].