Sistema teste de 9 barras modificado

Com o intuito de adaptar o sistema de 9 barras para um caso de violação dos valores limites mínimos de tensão, ou seja, de 0,95 pu, foi necessário aumentar todas as cargas presentes no sistema em 10% em relação à carga original. Esse percentual, correspondente ao patamar de carga 1, foi considerado suficiente para observar uma violação da tensão de três barras, as quais estão hachuradas em azul na Figura 17.

Figura 17 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 1

Fonte: Elaboração própria.

As barras do sistema que tiveram os seus limites mínimos de tensão violados foram as barras 5, 7 e 9, com valores de tensões em 0,945, 0,936 e 0,925 pu, respectivamente, as quais se encontram hachuradas em azul na Figura 17. Neste trabalho, adotou-se como critério de escolha da barra do sistema para inserção do inversor da geração fotovoltaica, no patamar de carga 1, a barra que apresentasse o menor valor de módulo de tensão. Portanto, a barra 9 foi a escolhida. O gerador fotovoltaico foi inserido indiretamente no sistema por meio de uma nova barra, denominada barra 10. A conexão entre as barras 9 e 10 foi feita por um transformador de interligação, cujas especificações estão descritas na seção 3.5.2.

Uma análise similar foi realizada nesse sistema para um caso de violação dos valores limites máximos de tensão, ou seja, de 1,05 pu. Para isso, foi necessário diminuir todas as cargas presentes no sistema em 60% (patamar de carga 2) em relação a carga original do sistema. Esse percentual foi considerado suficiente para verificar a violação das tensões das barras 6, 7, 8 e 9, cujos valores alcançaram 1,054, 1,058, 1,057 e 1,067 pu, respectivamente, que se encontram hachuradas em vermelho na Figura 18. Para o patamar de carga 2, considerou-se que a barra que apresentasse o maior valor de tensão seria a barra escolhida para ter a conexão do inversor da geração fotovoltaica. Novamente, a barra 9 foi a escolhida. Com isso, esse gerador foi inserido indiretamente a partir da nova barra 10, com as especificações do transformador apresentado na seção 3.5.2.

Figura 18 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 2

Fonte: Elaboração própria.

Conforme já mencionado anteriormente, a capacidade total da geração fotovoltaica foi admitida como aproximadamente 10% da demanda ativa total dos sistemas testes originais. No caso do sistema teste de 9 barras, cuja demanda ativa total é de 325 MW, utilizou-se uma combinação de cinco inversores de 6,8 MVA, totalizando 34MVA.

No entanto, com o intuito de demonstrar o efeito da variação da capacidade total de geração fotovoltaica para um mesmo valor de fator de potência de potência, foram admitidas outras duas situações distintas para esse sistema teste, com outros valores de capacidade total de geração fotovoltaica. Para isso, consideram-se a inserção e a retirada de um inversor de 6,8 MVA em relação à situação anterior. Portanto, a retirada de um inversor implicou em uma geração fotovoltaica total de 27,2 MVA e a inserção de um novo inversor aumentou a capacidade de geração para 40,8MVA.

Com isso, ao realizar os testes considerando os três modelos anteriores de capacidade de geração fotovoltaica, os dois patamares de carga (1 e 2) e os dez valores de fator de potência admitidos nesse trabalho (ângulos de 0º a 45º), alcançou-se um total de 60 simulações distintas.

A Tabela 6 apresenta um resumo de todas as situações admitidas nas simulações do sistema teste de 9 barras modificado, considerando que a nova barra 10, que é uma barra PV, terá a sua tensão controlada no valor de 1,0 pu

Tabela 6 - Resumo das situações simuladas no sistema teste de 9 barras modificado Ângulos do

fator de potência

Patamar de carga

Número total de inversores de

6,8 MVA

Capacidade total de geração fotovoltaica

0º a 45º

1

5 5 x 6,8 MVA = 34 MVA

2 1

6 6 x 6,8 MVA = 40,8 MVA

2 1

4 4 x 6,8 MVA = 27,2 MVA

2

Fonte: Elaboração própria.

Deve ser ressaltado que, mesmo que, na prática, uma usina fotovoltaica necessite de vários inversores para produzir uma potência aparente dessa magnitude, nas simulações no ANAREDE, a quantidade total de inversores foi representada por um único inversor, cuja capacidade total corresponde à potência aparente dimensionada para o sistema. Portanto, quaisquer alterações de capacidade de geração fotovoltaica podem ser facilmente configuradas no ANAREDE.

As Figuras 19 e 20 ilustram o sistema teste de 9 barras nas situações de patamar de carga 1 e 2, respectivamente, quando foi inserido um gerador fotovoltaico de 34 MVA, considerando os inversores parametrizados com o fator de potência igual a 1, ou seja, sem qualquer injeção ou absorção de potência reativa. As Figuras 21 a 24, por sua vez, ilustram as mesmas situações, porém considerando a geração fotovoltaica de 40,8 MVA e de 27,2 MVA.

Figura 19 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 1, com geração fotovoltaica de 34 MVA e FP unitário

Fonte: Elaboração própria.

Figura 20 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 2, com geração fotovoltaica de 34 MVA e FP unitário

Fonte: Elaboração própria.

Figura 21 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 1, com geração fotovoltaica de 40,8 MVA e FP unitário

Fonte: Elaboração própria.

Figura 22 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 2, com geração fotovoltaica de 40,8 MVA e FP unitário

Fonte: Elaboração própria.

Figura 23 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 1, com geração fotovoltaica de 27,2 MVA e FP unitário

Fonte: Elaboração própria.

Figura 24 - Sistema teste de 9 barras no patamar de carga 2, com geração fotovoltaica de 27,2 MVA e FP unitário

Fonte: Elaboração própria.

A partir da inserção da geração fotovoltaica, cujos inversores foram parametrizados com o fator de potência unitário, verificou-se que nas situações de patamar de carga 1, os valores das tensões das barras do sistema apresentaram um aumento, com algumas barras deixando de ter suas tensões violadas. Portanto, a geração fotovoltaica, apenas com geração de potência ativa, foi benéfica para o sistema, mas ainda não suficiente para manter todas as tensões do sistema acima do valor limite de 0,95 pu.

Já nas situações de patamar de carga 2, as tensões das barras também apresentaram um aumento de valor, incluindo as barras que já estavam com os seus valores violados anteriormente, os quais se afastaram ainda mais do valor limite de 1,05 pu. Logo, para esses casos, a inserção do gerador fotovoltaico, somente com geração ativa, não foi benéfica para o sistema.

Com isso, tornou-se necessário avaliar a influência das variações do fator de potência e, consequentemente, da potência reativa que pode ser injetada ou absorvida pelo sistema de forma a aumentar ou reduzir as tensões das barras dos sistemas, para que estas operem dentro dos limites aceitáveis.