O presente estudo é realizado em conjunto com o EPRI para atender as solicitações de uma concessionária americana de energia elétrica. O objetivo desse projeto é incluir um sistema eólico e/ou um sistema fotovoltaico em um alimentador real e analisar como se comportam as potências geradas pelas GD e as tensões no alimentador. Caso haja violação nos níveis das tensões, devem-se apresentar soluções para mitigar esses problemas.
Esse estudo deve ser realizado considerando diferentes portes para as GD e cenários de geração e consumo, de forma a verificar se os cenários simulados apresentam violação nos níveis das tensões. Dessa forma, com o objetivo de facilitar a visualização das análises requeridas, é construído uma GUI, que é descrita na Seção 7.4.
7.1
Dados do Sistema de Distribuição
Os próximos itens apresentam o modelo do alimentador e os dados do sistema de distribuição fornecidos pela concessionária de energia elétrica. A lista a seguir contém os itens que são discutidos:
o Modelo do alimentador
o Dados da transmissão e do transformador da subestação o Dados do carregamento dos alimentadores
o Dados do controle dos bancos de capacitores o Dados do sistema eólico
7.1.1
Alimentador
A concessionária de energia elétrica forneceu seu alimentador, com código 𝐴, modelado no software CYME. Esse alimentador pertence a uma subestação que possui mais dois
alimentadores com os respectivos códigos, 𝐵 e 𝐶. A Figura 55 apresenta o diagrama unifilar do alimentador 𝐴 e as posições da subestação, do existente sistema eólico e dos sistemas eólico e fotovoltaico que serão adicionados.
Subestação Gerador Eólico Existente Gerador Eólico Adicionado Sistema Fotovoltaico Adicionado
Figura 55: Alimentador no software CYME
A Tabela 38 apresenta as informações da topologia do alimentador e dos equipamentos que o compõem.
As cargas são representadas na média tensão, dessa forma não é descrito na Tabela 38 o número de transformadores conectados na baixa tensão.
7.1.2
Transmissão e Transformador da Subestação
A concessionária de energia elétrica forneceu o equivalente de Thévenin visto pela subestação. Dessa forma, a subestação que possui um transformador abaixador equipado com um LTC é conectado ao equivalente que representa a transmissão de energia. Os
Tabela 38: Dados da topologia e equipamentos do alimentador Equipamen tos Linhas 1187 Fusíveis 105 Religadores 6 Chaves 23 Bancos de Capacitores 3 Cargas 407 Transformadores 3 Gerador Eólico 1 T op ologia Barras 1422 Seções 1441 Área 𝑘𝑚2 33,70 Comprimento 𝑘𝑚 5,83 Largura 𝑘𝑚 5,78
dados do equivalente de Thévenin da transmissão, do transformador da subestação e do seu LTC são apresentados na Tabela 39.
Tabela 39: Dados do equivalente de Thévenin da transmissão, do transformador da su- bestação e do seu LTC
Thévenin da Transmissão Resistência de sequência positiva 0,40 Ω Reatância de sequência positiva 3,79 Ω Resistência de sequência zero 1,45 Ω Reatância de sequência zero 6,21 Ω
Transformador da Subestação Tensão do primário 138 kV Tensão do secundário 12,47 kV Tap primário 131,1 kV Z 8,17 % X/R 15,86 Dados do LTC Tensão nominal 120,0 V Set Point 124,5 V Band 3 V Delay 60 s R 0 X 0
7.1.3
Dados do Carregamento dos Alimentadores
A concessionária forneceu dados de um ano de medições da potência ativa e da potência reativa para cada um dos três alimentadores. As medidas foram tomadas a cada 15 𝑚𝑖𝑛𝑠 com início em 01/06/2014 às 00:00 horas, totalizando 35040 medições para a potência
ativa e potência reativa de cada alimentador. A Figura 56 apresenta o carregamento anual medido em cada alimentador.
Figura 56: Carregamento dos três alimentadores
Para o alimentador estudado, 𝐴, é importante lembrar que as medições foram reali- zadas com a presença do sistema eólico e, portanto, elas são compostas pela a diferença entre a potência consumida pelas cargas e a potência gerada pelo sistema eólico.
A geração intermitente do sistema eólico torna as medições realizadas no alimentador
𝐴 inapropriadas para se obter a correta potência ativa consumida pelas cargas.
Contudo, a concessionária informou que os três alimentadores alimentam regiões onde as cargas são parecidas, isso pode ser notado nas formas das curvas apresentadas na Figura 56. Desse modo, os dados da potência ativa do alimentador 𝐴 em 𝑝𝑢 são definidos a partir da média dos dados das potências dos outros dois alimentadores dividido pela média de suas potências instaladas, a Subsubseção 7.2.6.3 exibe o processo para se obter o carregamento do alimentador 𝐴.
7.1.4
Dados dos Controles dos Bancos de Capacitores
O alimentador é equipado com 3 bancos de capacitores, sendo um deles fixo e os outros dois controlados. Os dados do controle são apresentados na Tabela 40.
Tabela 40: Dados dos controles dos bancos de capacitores
Primeiro Banco Tensão nominal 120,0 V Tensão On 124,0 V Tensão Off 126,1 V Delay 5 min Segundo Banco Tensão nominal 120,0 V Tensão On 121,0 V Tensão Off 123,5 V Delay 5 min
Os capacitores controlados são desligados caso hajam sobretensões nas barras onde são conectados. Por esse motivo o valor da Tensão Off é elevado, ou seja, o capacitor é desligado quando a barra monitorada pelo controle do banco de capacitores apresentar uma tensão maior que a Tensão Off por um intervalo maior que 5 minutos. De forma semelhante, o capacitor volta a ser ligado quando a barra monitorada pelo controle do banco de capacitores apresentar uma tensão menor que a Tensão On por um intervalo maior que 5 minutos.
7.1.5
Dados do Gerador Eólico
O existente sistema eólico é do Tipo III e, portanto, possui um gerador de indução duplamente alimentado, conforme apresentado na Seção 6.2. A Tabela 41 apresenta os dados do sistema eólico.
Tabela 41: Dados do sistema eólico existente
Tecnologia DFIG
Tensão nominal 0.69 kV
Potência Nominal 900 kW
Além dos dados apresentados na Tabela 41, a concessionária forneceu dois dias de medições da potência de saída do sistema eólico operando com fator de potência unitário. Essas medições foram tomadas a cada segundo e são apresentadas na Figura 57.
Figura 57: Curvas da potência de saída do gerador eólico