Nesta simulac¸ ˜ao, foi representado um caso de ultrapassagem da demanda contratada. O modo de operac¸ ˜ao do conversor, para este caso, ´e representado pelo diagrama abaixo:
Ocorreu ultrapassagem da demanda contratada ?
Conversor CC-CC bidirecional não opera
Conversor CC-CC bidirecional opera
Painéis estão gerando energia?
Gerada referência de potência de descarga do conversor Pconv = Pcarga - Prede,max
Gerada referência de potência de descarga do conversor Pconv = Pcarga - Ppainéis - Prede,max SIM
NÃO SIM
NÃO
Figura 87: Diagrama de operac¸ ˜ao do conversor CC-CC bidirecional na ocorr ˆencia de ultrapassa- gem da demanda contratada.
Fonte: Autoria pr ´opria.
Para esta situac¸ ˜ao, foi estipulado um valor m ´aximo de pot ˆencia fornecida pela rede el ´etrica em 4, 5 kW . Desse modo, considerou-se que, inicialmente, o con- junto pain ´eis/conversor boost fornece 2, 0 kW para o inversor. A carga CA inicial ´e representada por uma resist ˆencia de 6 Ω, com consumo total de 2, 68 kW . Portanto, para este instante inicial, a rede el ´etrica deve fornecer `a carga CA uma pot ˆencia de 0, 68 kW.
Em um segundo instante, em 0, 5 s, ´e acrescentado um resistor de 2, 5 Ω em paralelo `a carga CA de 6 Ω. Logo, a pot ˆencia total consumida pelas cargas passa a ser de 9, 14 kW . Como a gerac¸ ˜ao ´e de 2, 0 kW , a rede deve fornecer para a carga 7, 14 kW. Todavia, nesse momento, o conversor CC-CC bidirecional identifica a ul- trapassagem da demanda contratada e passa fornecer ao inversor uma pot ˆencia de
5.2 Integrac¸ ˜ao do sistema a partir da operac¸ ˜ao de descarga do conversor CC-CC 107
2, 64 kW. Assim, a rede el ´etrica fica limitada em fornecer somente 4, 5 kW .
A operac¸ ˜ao do sistema ´e demonstrada nas Figuras 88 e 89, onde verifica-se que, inicialmente, o inversor fornece `a carga uma corrente eficaz de 17, 7 A referente aos 2, 0 kW gerados enquanto o restante da corrente necess ´aria para alimentar a carga ´e provinda da rede el ´etrica. Tamb ´em, nota-se o controle eficaz da tens ˜ao no barramento CC pelo inversor. No segundo momento de operac¸ ˜ao, o inversor passa a fornecer a injetada pelo conjunto pain ´eis/conversor boost e pelo conversor CC-CC, de modo que a corrente provinda da rede el ´etrica resulte numa pot ˆencia menor ou igual a 4, 5kW . 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 -60 -40 -20 0 20 40 60 Corrente (A) 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 Tempo (s) 380 390 400 410 Tensão (V) Tensão no Barramento CC Corrente na Saída do Inversor
Figura 88: Corrente na sa´ıda do inversor, tens ˜ao no barramento CC considerando-se ultrapas- sagem da demanda contratada.
5.2 Integrac¸ ˜ao do sistema a partir da operac¸ ˜ao de descarga do conversor CC-CC 108 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 -100 0 100 Corrente (A) Corrente na Carga 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 -100 0 100 Corrente (A)
Corrente Fornecida pela Rede
0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 Tempo (s) 0 5 10 Corrente (A)
Corrente na Fornecida pelo Conversor CC-CC
Figura 89: Corrente na carga, corrente fornecida pela rede e corrente no conversor na simulac¸ ˜ao onde h ´a ultrapassagem da demanda contratada.
Fonte: Autoria pr ´opria.
Para uma melhor visualizac¸ ˜ao, a Figura 90 apresenta as formas de onda das pot ˆencias durante a operac¸ ˜ao do sistema. Observa-se que a partir do instante 0, 5 s, quando ocorre a ultrapassagem da demanda, em regime permanente, a carga apresenta pot ˆencia de 9, 14 kW e a sa´ıda do inversor 4, 49 kW , representando a soma pot ˆencia fornecida pelo conversor e pela fonte fotovoltaica. A pot ˆencia na rede el ´etrica fica limitada em 4, 5 kW .
5.2 Integrac¸ ˜ao do sistema a partir da operac¸ ˜ao de descarga do conversor CC-CC 109 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 0 2000 4000 Potência (W) 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 -1000 0 1000 2000 3000 Potência (W) 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 -1000 0 1000 2000 3000 Potência (W) Potência no Conversor CC-CC 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 0 5000 10000 Potência (W) 0 0.,1 0.,2 0.,3 0.,4 0.,5 0.,6 0.,7 0.,8 0.,9 1 Tempo (s) 0 2000 4000 6000 8000 Potência (W)
Potência na saída do Inversor
Potência na Fonte Fotovoltaica
Potência Fornecida pela Rede Elétrica Potência na carga CA
Figura 90: Pot ˆencia no inversor, na fonte fotovoltaica, no conversor, na carga e consumida da rede considerando-se ultrapassagem da demanda contratada.
Fonte: Autoria pr ´opria.
Atrav ´es desta simulac¸ ˜ao, verifica-se que o sistema apresentado ´e capaz de fornecer pot ˆencia para evitar ultrapassagem de demanda contratada.
5.3 Considerac¸ ˜oes finais do cap´ıtulo 110
5.3 CONSIDERAC¸ ˜OES FINAIS DO CAP´ITULO
A partir da integrac¸ ˜ao do sistema, atrav ´es de simulac¸ ˜oes utilizando o software PSIM, foram consideradas diferentes situac¸ ˜oes de operac¸ ˜ao do sistema. Em relac¸ ˜ao ao modo de carga do banco de baterias, alcanc¸ou-se baixos n´ıveis de ondulac¸ ˜ao na corrente de carga. Tamb ´em analisou-se situac¸ ˜oes quando h ´a falta de gerac¸ ˜ao por parte dos pain ´eis fotovoltaicos, onde a energia necess ´aria para carregar o banco de baterias ´e proveniente de rede el ´etrica.
No caso onde o conversor fornece energia ao barramento CC, foi poss´ıvel a an ´alise do controle de tens ˜ao efetuado pelo inversor. Foram simuladas situac¸ ˜oes onde a fonte de gerac¸ ˜ao estava desabilitada. Neste caso, o conversor CC-CC bidirecional ´e respons ´avel por fornecer energia. Tamb ´em analisou-se simulac¸ ˜oes onde tanto o conversor, quanto o conjunto pain ´eis/conversor boost, fornecem energia para a carga injetando o excedente na rede.
Por fim, foi poss´ıvel a verificac¸ ˜ao do estudo proposto, onde utilizou-se o conversor CC-CC bidirecional para fornecer pot ˆencia `a carga de modo a evitar a ultra- passagem da demanda contratada.
Ao analisar a corrente injetada na rede de distribuic¸ ˜ao, constatou-se distorc¸ ˜oes na forma de onda que acarretam a qualidade da energia e, este caso pode ser abordado em trabalhos futuros.
O pr ´oximo cap´ıtulo aborda uma breve noc¸ ˜ao da aplicac¸ ˜ao do sistema pro- posto na Universidade Tecnol ´ogica Federal do Paran ´a campus Pato Branco.
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6 NOC¸ ˜AO DA APLICAC¸ ˜AO DO SISTEMA PROPOSTO NA UNIVERSIDADE TECNOL ´OGICA FEDERAL DO PARAN ´A CAMPUS PATO BRANCO
A UTFPR campus Pato Branco possui um hist ´orico de ultrapassagem da demanda contratada pela concession ´aria, cuja pot ˆencia ´e de 450 kW . Estas ultra- passagem geram multas, al ´em de ser exigido o pagamento do excedente da pot ˆencia demandada.
Se adequadamente dimensionado, o sistema presente neste trabalho tem a capacidade de auxiliar a evitar custos excedentes de demanda de energia. Como j ´a abordado nos cap´ıtulos anteriores, o conjunto banco de baterias, conversor CC-CC bidirecional, fonte geradora e inversor podem durante o pico de demanda da universi- dade, suprir a demanda excedente, de maneira que a pot ˆencia ativa l´ıquida vista pela concession ´aria seja menor que a demanda contratada. Este cap´ıtulo aborda uma an ´alise sucinta dessa possibilidade do sistema quando aplicado ao sistema el ´etrico da universidade.