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Neste trabalho será avaliado o comportamento da curva QV das barras geradoras de um determinado sistema elétrico a saída de linhas de transmissão. Para a realização dos estudos em regime permanente será utilizado o programa computacional ANAREDE, desenvolvido pelo CEPEL. As simulações de fluxo de potência permitem encontrar um ponto de operação do sistema. Também será simulado o comportamento dinâmico do sistema por meio do programa ANATEM, também de autoria do grupo CEPEL.
Tipologia: Teses (TCC)
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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais - Campus Formiga Curso de Engenharia Elétrica
Arthur Moura Camargos de Freitas
Formiga - MG Julho - 2014
Arthur Moura Camargos de Freitas
Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais – Campus Formiga,como requisito obrigatório para obtenção do título de Bacharelado em Engenharia Elétrica.
Área de Concentração: Sistemas Elétricos de Potência. Orientador:.
CDD 621.
Arthur Moura Camargos de Freitas
Monografia apresentada ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Minas Gerais – Campus Formiga,como requisito obrigatório para obtenção do título de Bacharelado em Engenharia Elétrica.
Avaliado em: ___ de ________________ de ______.
Nota: ______
Prof.
Prof.
Prof.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus por tudo que me deu, pois sem ele sei que nada posso.
Agradeço aos meus familiares principalmente minha mãe Maria de Fatima que é meu exemplo, meu padrasto José Gonsalvez, a todos os meus parentes que me ajudaram sempre principalmente minhas tias Marinês e Marílis e ao meu tio Célio.
Agradeço a todos os meus irmãos de república: Gabriel, Samir e Robson e aos meus tantos amigos que fiz durante esta jornada.
Ainda agradeço a todos os funcionários do IFMG mesmo os seguranças e as faxineiras.
Agradeço especialmente aos meus irmão Lannay e Hurik que foram minha motivação a não desistir do curso.
Dentro da área de estabilidade de sistemas elétricos de potência, existe aquela que se preocupa com o comportamento da carga, que são estudos de estabilidade de tensão. A instabilidade de tensão é caracterizada principalmente
resolve this problem, the system may experience a voltage collapse of the system in part or in its entire.
This work will assess the behavior of the generating curve QV bars of a given electrical system the output of a transmission line. For the studies permanently ANAREDE the computer program developed by CEPEL will be used. The power flow simulations allow to find an operating point of the system. You will also simulated the dynamic behavior of the system through the program ANATEM also authored CEPEL group.For systems where the conditions of dynamic instability was found, we intend to use wind generators as corrective action control.
Keywords: Power Flow, Stability, transmission lines output, wind turbines.
Figura 1 - Curva QV e Margem de Carga Reativa.....................................................
Figura 2 - Potencia reativa do gerador da barra 1 do sistema de 14 barras instável.
Figura 3 - Potência reativa do gerador da barras 2 do sistema de 14 barras instável.......................................................................................................................
Figura 4 - Potência reativa do gerador da barras 3 do sistema de 14 barras instável.......................................................................................................................
Figura 5 - Potência reativa da barra 6 do sistema de 14 barras instável................... 30
Figura 6 - Potência reativa da barra 8 do sistema de 14 barras instável................... 30
Figura 7 – Tensão no gerador 1 para o sistema estável de 5 barras na saída da LT 2-4..............................................................................................................................
Figura 8– Tensão no gerador 2 para o sistema estável de 5 barras na saída da LT 2-4..............................................................................................................................
Figura 9 – Tensão no gerador 1 para o sistema estável de 5 barras na saída da LT 3-5 circuito 1.............................................................................................................. 33
Figura 10 – Tensão no gerador 2 para o sistema estável de 5 barras na saída da LT 3-5 circuito 1.............................................................................................................. 33
Figura 11 – Tensão no gerador 1 para o sistema estável de 5 barras na saída da LT 3-5 circuito 2.............................................................................................................. 34
Figura 12 – Tensão no gerador 2 para o sistema estável de 5 barras na saída da LT 3-5 circuito 2.............................................................................................................. 34
Figura 13 - Potência reativa da barra 1 do sistema de 14 barras estável..................
Figura 14 - Potência reativa da barra 2 do sistema de 14 barras estável..................
Figura 15 - Potência reativa da barra 2 do sistema de 14 barras estável..................
Figura 16 - Potência reativa da barra 6 do sistema de 14 barras estável..................
Figura 17 - Potência reativa da barra 6 do sistema de 14 barras estável..................
Figura 18 - Moinho de vento utilizado para drenagem de pântanos..........................
Tabela 1- Relação da curva QV com fator de carga, sistema com 5 barramentos.... 26
Tabela 2- Relação da curva QV com fator de carga, sistemas com 14 barramentos...............................................................................................................
Tabela 4- Comportamento dinâmico considerando o sistema com margem Negativa de potência reativa para o sistema com 5 barramentos............................................ 28
Tabela 5- Comportamento dinâmico considerando o sistema com margem negativa para o sistema com 14 barramentos..........................................................................
Tabela 6 - Valores das tensões terminais dos geradores do sistema de 5 barras antes e depois do aumento................................................................................................. 32
Tabela 7 - Valores das tensões terminais dos geradores do sistema de 14 barras antes e depois do aumento........................................................................................
Tabela 8 - Margem da curva QV dos geradores do sistema de 5 barras após a estabilidade para fator de carregamento de 1,5........................................................ 38
Tabela 9 - Margem da curva QV dos geradores do sistema de 14 barras após a estabilidade para fator de carregamento de 1,8........................................................ 38
Tabela 10 - Potencial Eólico elétrico estimado do Brasil............................................
Tabela 11- Valores de potência reativa mínimas e máximas dos geradores dados do circuito dos barramentos............................................................................................
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
1N5 Cabo de Aço Aluminizado
ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica
BEN Balanço Energético Nacional
BT Baixa Tensão
CA Cabo de Alumínio
CAA Cabo de Alumínio com Alma de Aço
CEMIG Companhia Energética de Minas Gerais
EPE Empresa de Pesquisa Energética
ET Estação Transformadoras
GRASP Greedy Randomized Adaptive Search Procedure
IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
IDH Índice de Desenvolvimento Humano
LT Linhas de Transmissão
MT Média Tensão
NBI Nível Básico de Isolamento
PRODIST Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Nacional
SE Subestação de Energia Elétrica
VAN Vão Anterior
VPO Vão Posterior
O Brasil apresenta grande potencial em recursos hídricos, por isso é um dos países que mais utiliza deste potencial para gerar energia através das hidroelétricas. Entretanto, desde a crise energética de 2001, causada pelos baixos níveis de água em seus reservatórios, levou a uma transformação no setor elétrico brasileiro aumentando significativamente preocupação com a dependência do país em relação a essa matriz.
O aumento da demanda e do consumo de energia no Brasil (EMPRESA DE PESQUISA ENERGÉGITICA -EPE, 2014), assim como a diminuição das fontes de combustíveis fosseis em todo mundo, tem causado a mudança no setor de energia elétrica para a utilização das chamadas fontes renováveis, principalmente tentando manter a sustentabilidade. Esta mudança tem como intuito a diminuição da dependência de fontes não renováveis e não poluentes. Diante desse fato, a obtenção de energia oriunda de outras fontes inclusive a energia eólica é fundamental para evitar futuros colapsos de energia.
Esta tecnologia se distingue em comparação a outras fontes de energia renováveis devido a sua maior confiabilidade e bom rendimento (MOURA, 2011), os investimentos e pesquisas neste tipo de tecnologia têm avançado rapidamente nos últimos anos (MOURA, 2011). Assim, a energia eólica tornou-se uma energia renovável em constante crescimento sendo capaz de competir com os outros tipos de energia existentes.
Grandes parques eólicos estão sendo criados e integrados ao sistema elétrico de potência (SEP) em diferentes tensões. Devido a este crescimento de sua participação e a sua maior integração á rede elétrica, este tipo de energia passou a ser objeto de vários estudos.
ENTENDENDO MELHOR O QUE É O SEP
Os sistemas elétricos de potência (SEP) são constituídos basicamente por geradores, transformadores (elevadores e abaixadores), linhas de transmissão, reguladores de tensão e alimentadores de distribuição. Os geradores convertem
porte. Também participam importadores e exportadores de energia, além do Ministério de Minas e Energia (MME).
O ONS é uma pessoa jurídica de direito privado, sob a forma de associação civil, sem fins lucrativos, criado em 26 de agosto de 1998, pela Lei nº 9.648/98, com as alterações introduzidas pela Lei nº 10.848/04 e regulamentado pelo Decreto nº 5.081/04. Para melhor controle na operação do sistema elétrico a ONS divide suas funções em duas atribuições sendo elas:
Este trabalho tem por objetivos apresentar uma revisão de princípios e modelagem de geradores eólicos, bem como fazer uma descrição sobre os impactos da geração eólica no desempenho dinâmico de sistemas elétricos. Para realizar estas análises serão utilizados os softwares ANARED e ANATEN.
OBJETIVOS ESPECÌFICOS
A conversão de energia eólica é caracterizada por ser uma fonte de energia oscilante, sujeita não dependendo somente da existência dos ventos, mas também da velocidade do mesmo. Desta forma é uma energia que não pode ser despachada sendo então limitada. Dentro os diversos dispositivos que constituem as turbinas eólicas estão inseridos dispositivos de eletrônica de potência e geradores.
Os geradores geralmente empregados nestas fontes de energia são os de indução do tipo gaiola de esquilo, ou duplamente excitado como os geradores síncronos.
O projeto do trabalho utilizou o gerador de indução em gaiola de esquilo, que foram utilizados para compor os sistemas de potência teste, onde a análise de desempenho de instabilidade de tensão foi realizada. Os resultados desta forma foram comparando as curvas QV com e sem a inserção dos parques eólicos.
Tais análises têm como finalidade verificar, principalmente, quais os níveis mínimos de energia os parques eólicos podem transferir de energia para o sistema elétrico nos sistemas testes, sem que ocorra instabilidade do sistema podendo ocorrer um mau funcionamento no sistema.
REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
a problemas de frequência e / ou estabilidade de tensão se GERAÇÃO DISTRIBUIDA são conectados eletricamente em áreas próximas e / ou mal afinados.
No trabalho (PEREIRA, 2014) mostra uma forma de resolver o problema do consumo de energia reativa durante a cava de tensão em parques eólicos utilizando de compensadores dinâmicos de potência reativa, como os pertencentes à família dos FACTS, nomeadamente os SVC e os STATCOM. Estes compensadores podem fornecer a potência reativa necessária para participar na regulação de tensão e, assim, respeitarem os requisitos técnicos e regulamentares de ligação à rede.
Na tese de (MOHN, 2013) discute o problema de colapso de tensão em sistemas de potência. A teoria das bifurcações é abordada, sendo que a mesma satisfaz importante papel na identificação dos pontos críticos. O modelo de fluxo de potência utilizado permite que as bifurcações do tipo sela-nó sejam identificadas. O método desenvolvido chegou a um melhor tempo computacional e a aplicabilidade do desacoplamento rápido.
Em (MANWELL, 2004) é um livro para estudantes de engenharia Elétrico contando toda a história a utilização da energia eólica e como se forma ventos até os modelos de aerogeradores até a modelagem das pás dos mesmos. Já em (NIECKARZ, 2013) propõe analisar diferentes tipos de impactos da inserção de parcelas crescentes de geração eólica em um sistema teste, onde os geradores de indução serão inseridos tendo seus desempenhos comparados com outras tecnologias. Chegando a conclusão que para inserir geradores de indução é necessário inserir capacitores estáticos ou dinâmicos para melhorar seu desempenho
No trabalho de (MONTICELLI, 2004)descreve uma metodologia para controlar potência ativa e reativa despachadas para a rede elétrica a partir de geradores de indução duplamente alimentados acoplados a turbinas eólicas. A metodologia utiliza o conceito de turbinas eólicas de velocidade variáveis acopladas os geradores de indução duplamente alimentados e requer a existência de uma fonte de potência disponível no rotor.
Em (FERRAZ, 2010) estuda o comportamento em regime estacionário do sistema elétrico considerando geradores eólicos conectados a rede e submetidos à variação da velocidade do vento e comparando entre o software ANAREDE e PSLab.
No trabalho (PAIVA, 2007) foi avaliado o comportamento da curva QV das barras de um determinado sistema elétrico, no caso base, no ponto de colapso e após a ocorrência de contingências (perda de uma linha de Transmissão, gerador ou Transformador). O trabalho chegou à conclusão que à medida que o sistema se aproxima do ponto de colapso, as margens de carga reativa tendem a se esgotar rapidamente.
No artigo de (MOURA, C. J., 2011). foi realizado com o objetivo de identificar as proteções elétricas que estão sendo utilizadas nos parques eólicos integrados ao sistema elétrico de potência. Chegando a conclusão de que quanto maior o tamanho do parque eólico mais complexo se torna a filosofia de proteção.
Na tese de Doutorado de (DUTRA, 2008) tem por finalidade propor possíveis estratégias, conformediferentes critérios, para o desenvolvimento da energia eólica no Brasil, a partir da segunda fase do Programa de Incentivo a Fontes Alternativas de Energia - PROINFA. Desta forma, ela apresenta os principais mecanismos de promoção de fontes alternativase renováveis de geração de eletricidade tanto sob o ponto de vista teórico quanto atravésda apresentação e análise de resultados obtidos da experiência internacional.
Em (DUTRA, 2008) estabilidade é dividida em dois tipos. Onde a estabilidade angular, desenvolveu-se um método para a estimativa de margens de segurança transitória baseada em técnicas de redução de redes e geradores coerentes, e também ajudando a identificar os geradores que oscilam junto com a rede de energia.
Em(JANGAMSHETTI, 2001)é apresentado um novo método para identificação dos parâmetros ótimos de uma turbina eólica através de suas curvas de potência e do coeficiente de desempenho de forma a se produzir a máxima potência mecânica.
Em (CARVALHO, et al, 2003), além de serem citados os diversos tipos de turbinas eólicas, são apresentadas as várias características do projeto das centrais eólicas e as implicações de sua conexão às redes elétricas.
De toda a revisão bibliográfica realizada, conclui-se que os aspectos mais relevantes a serem considerados são: as potências das turbinas são cada vez maiores (1MW a 2MW podendo chegar até 4,5MW); devido aos grandes blocos de
