Vu Van Thong e Johan Driesen

Fonte: Manual da Qualidade de Energia Editado por Angelo Baggin, John Wiley & Filhos, Ltd

1.0 REDE DE DISTRIBUIÇÃO

Um segmento de um sistema de distribuição de média tensão existente belga é usado para estudar a qualidade de energia e tensão de estabilidade com diferentes geração distribuída (DG) tecnologias (Figura C16.1). O sistema inclui um transformador de 14 MVA, 70/10 kV e quatro cabos alimentadores. O enrolamento primário do transformador é ligado à rede de transporte e pode ser considerado como um nó infinito. O funcionamento normal do sistema de distribuição está no modo radial e as conexões no nó 111 com alimentadores 2, 3 e 4 são normalmente aberto.

2.0 ESTADO ESTÁVEL TENSÃO RISE

A unidade DG está ligado no nó 406 de alimentador 4. Ele pode ser um gerador síncrono ou indução. A carga total do sistema é 9.92 MW, 4.9 Mvar. Ambos os geradores síncronos e de indução são simuladas em potência de saída diferente em 3 MW e 6 MW. O gerador síncrono tem um fator de potência de 0.98 (injeção de potência reativa na rede). O gerador de indução tem um fator de potência de 0.95 (consome energia reactiva da rede). Em comparação com o caso base, sem qualquer DG conectado, a potência ativa da DG eleva as tensões no alimentador 4 (Figura C16.2). Para o síncrono 6 MW, sobretensões ocorrer no nó 406 e os seus vizinhos.

Figura C16.3 ilustra como a tensão no nó 406 mudanças com diferentes fatores de potência e energia gerada. Em comparação com o caso em que a DG só injeta potência ativa ou opera em fator de potência unitário, geradores síncronos elevar a tensão do sistema mais rápido devido ao suporte de potência reativa. Para geradores de indução, o aumento de tensão é menor, e a um certo nível de produção de energia a voltagem começa a diminuir. Isto é devido ao facto de que os geradores de indução necessita de energia reactiva, sendo negativo em (16.4), obtendo-se uma redução no aumento de tensão.

Através deste estudo, DG pode melhorar e apoiar o perfil de tensão do sistema de distribuição. Pode ver-se que o impacto de indução é menos grave do que com os geradores síncronos, em termos de aumento de tensão (Figura C16.4). Se houver uma sobretensão no sistema com o gerador síncrono, ele tem que operar com subexcitação e absorver potência reativa em vez de injetá-lo no sistema.

3.0 Flutuações de tensão

A fim de ilustrar o problema de flutuação de tensão com DG, um fotovoltaica (PV) sistema é usado. A potência reactiva é produzido por um condensador de filtro de rede do inversor e é quase constante, de modo que o sistema fotovoltaico é tratado como um nó de qualidade de energia com potência negativa. A energia fotovoltaica é calculado a partir de um conjunto de dados de irradiância average5sof medidos durante um ano em Leuven, Bélgica. Neste estudo, uma matriz com PV 50 kW de potência de pico nominal está ligado no nó 304. Figura C16.5 mostra a potência de uma hora do sistema PV ao meio-dia em um dia de verão ligeiramente nublado. A fim de isolar os efeitos de flutuação de tensão de PV de variação de carga de curta duração em nós individuais, as cargas são consideradas constantes durante o cálculo. A carga total do sistema é 4.4 MW, 1.9 Mvar. Na Figura C16.6, a flutuação de tensão corresponde às flutuações de potência ativa injetada do sistema fotovoltaico.

Às vezes, quando as nuvens cobrem o sol, a energia gerada pode cair rapidamente, 60 %, causando variações bruscas na tensão do nó no intervalo de 0.1 %. A capacidade instalada de PV neste estudo é bastante baixa em comparação com a capacidade do sistema de distribuição e as cargas, então o valor de flutuação de tensão é muito baixa. Contudo, com uma elevada densidade de ligação ou a ligação de um grande sistema fotovoltaico, o problema de flutuação de tensão pode se tornar grave [27].

DG com flutuação de potência como em sistemas de vento ou fotovoltaicos podem apresentar flutuações estocásticos, e flicker, na tensão da rede, no intervalo de segundos até uma hora [10]. Dependendo da potência da DG, em combinação com as características da rede de distribuição e perfis de carga, sobre ou subtensões de vários minutos a persistência pode ocorrer. Nesse caso, a introdução de DG pode ser combinado com gerenciamento e armazenamento de carga.

4) TENSÃO DIP

4.1 Abrindo um ramo

A fim de investigar a interação entre as tecnologias de DG e características de carga diferente, uma capacidade total de DG 30 % da carga total do sistema é igualmente distribuído em nós 108, 204 e 406. Simulações foram realizadas para indução e síncronos geradores. Uma das linhas 1-2 é aberta em t = 100 s. Os geradores distribuídos estão ligados a nós 108, 204 e 406 com uma potência nominal de 1 MW para ambos os geradores síncronos e de indução.

As quedas de tensão são mais elevados com uma característica de carga de potência constante e menor com uma carga de impedância característica para ambos os geradores síncronos e de indução (Figura C16.7 e Figura C16.8). Com os geradores síncronos, depois de um mergulho curto de tensão, a tensão se recupera perto de seu valor inicial. Para geradores de indução, A tensão não recuperar, devido à falta de suporte de potência reativa. Não há tanta diferença entre uma queda de tensão no caso base e com a DG, sendo em torno de 1 %. Assim, a ligação da DG no sistema de distribuição não afeta significativamente a estabilidade dinâmica de tensão, e, na maioria dos casos, que reduz o valor da queda de voltagem.

4.2 Gerador de Start-up

Para ver o problema de queda de voltagem, quando uma unidade DG inicia, um gerador de indução ligada ao nó 108 com potência nominal 3 MW é testado em um fator de potência de atraso de

0.9. Esta simulação mostra o quão grande a influência pode ser em um caso extremo em que um cliente tem uma grande indução DG unidade e não segue um método start-up correto. Quando o gerador de indução é iniciado, ele faz com que uma transitória e uma queda de tensão até 40 % no sistema de com duração de vários segundos (Figura C16.9). É devido a um influxo de magnetização transitória e uma transferência de potência inicial de trazer o gerador para a sua velocidade de operação [12]. Isto conduz a um problema grave para as cargas sensíveis ligados perto da unidade DG. Se o sistema de distribuição é equipado com um relé de subtensão ea unidade DG tem proteção ilhamento, a queda de tensão pode levar a um mau funcionamento do relé de proteção, resultando em uma queda de energia do sistema. Um circuito soft-start é necessário para DG grande indução conectado.

5 STATIC estabilidade de tensão

A estabilidade de tensão de sistemas de distribuição é estudado para geradores síncronos e de indução com três pontos de conexão da DG unidades nós 108, 2 e 406. Os resultados destes três casos de estudo são comparados uns com os outros e com o processo de base, sem qualquer ligação DG.

A carga total do sistema é 9.92 MW, 4.9 Mvar com uma característica carga puramente impedância. A capacidade instalada das unidades de GD em todos os casos, é 3 MW. A estabilidade de tensão no nó 111, No final do alimentador 1, é estudada. É o ponto mais distante da subestação e o ponto mais fraco do alimentador em termos de estabilidade de tensão. Observa-se, em [17] que, para a análise computacional de tensão e estabilidade da tensão de um sistema radial, um modelo de carga de impedância constante pode ser usado. Observa-se também que a estabilidade da tensão da rede tem características semelhantes com diferentes modelos de carga (impedância constante, cargas de corrente e potência). O impacto estabilidade de tensão de DG com cargas de impedância constante é ilustrado.

Através de estudos, DG é mostrado em geral a aumentar a tensão e para assegurar a estabilidade do sistema (Figura C16.10 e Figura C16.11). A localização da DG tem um grande impacto sobre a estabilidade de tensão do sistema. Dependendo dos pontos de conexão, as influências de unidades DG sobre a estabilidade da tensão são diferentes. DG apoia fortemente a estabilidade de tensão em nós próximos (o caso da DG aparelho ligado no nó 108) e tem menos impacto sobre os distantes (o caso da DG aparelho ligado no nó 2 ou 406), quando se olha para nó 111. Isto também é verdadeiro para as outras características de carga e os outros nós no sistema.

O gerador síncrono tem um grande impacto sobre a estabilidade de tensão devido à sua capacidade de troca de potência reativa. Por outro lado, a influência da DG-base inductiongenerator em estabilidade de tensão é menor e tem um benefício limitado, devido à demanda de potência reativa. Contudo, isso tem um impacto significativo quando ele estiver conectado perto de nó 111, considerado como uma área mais fraca. Isso pode ser entendido, porque a potência ativa não é transferido através de uma longa distância a partir da subestação, , resultando numa redução da queda de tensão no alimentador, apoiando assim a estabilidade de tensão. Isso permite que o sistema de distribuição para suportar as condições de carga mais elevados e adia a construção ou atualização de novas infra-estruturas de transmissão e distribuição.

BIBLIOGRAFIA

[1] Ackermann T., Andersson G., Soder, L., Geração distribuída: uma definição. Pesquisa do Sistema de Energia Elétrica, vôo. 57, pp. 195-204, 2000.

[2] Arrillaga J., Watson N. R., Modelagem computacional de sistemas elétricos de potência, John Willey & Filhos, Ltd, Chichester, 2001.

[3] Barker P. P., De Mello R. W., Determinar o impacto da geração distribuída em sistemas de energia: Parte 1 - sistemas de distribuição radiais. PES Reunião de Verão, IEEE, Vôo. 3, pp. 1645-1656, 2000.

[4] Belmans R., Michiels W., Vandenput A., Geysen W., Torques transitórios em turbinas eólicas impulsionado geradores de indução. Simpósio de Sistemas de Energia Elétrica em países em rápido desenvolvimento, Arábia Saudita, pp. 563-567, 1987.

[5] Bollen M. H. J. Hager e M., Qualidade de energia: integrações entre os recursos de energia distribuída, a grade, e outros clientes. Qualidade da Energia Elétrica e Utilização Revista, vôo. 1, não. 1, pp. 51-61, 2005.

[6] Brown R. E., Confiabilidade de distribuição de energia elétrica, Marcel Dekker, Nova Iorque, 2002.

[7] Chen T. H., Chen M. S., Inoue T., Kotas Sun, E Chebli. A., Co-gerador trifásico e modelos de transformadores para a análise do sistema de distribuição. IEEE Transactions on Power Delivery, vôo. 6, não. 4, pp. 1671-1681, 1991.

[8] Eurostag, documento pacote, parte I, Tractebel & Electricité de France, 2002.

[9] Grigsby L. L., O manual de engenharia de energia elétrica, CRC Press & IEEE, Boca Raton, FL, 2001.

[10] Haesen E., Espinoza M., Pluymers B., Goethals I., Vu Van T., J. Driesen, Belmans R., De Moor B., Ótimo posicionamento e dimensionamento de unidades geradoras distribuídas utilizando algoritmos de otimização genética. Qualidade da Energia Elétrica e Utilização Jornal, vôo. alguns, não. 1, pp. 97-104, 2005.

[11] IEEE P1547, Padrão para interconexão recursos distribuídos com sistemas de energia elétrica, 2003.

[12] Jenkins, N., Allan R., Crossley P., Cerejas D., Strbac G., Geração Incorporado, IEE, Londres, 2000.

[13] Jensen K. K., Orientações sobre a ligação à rede de turbinas eólicas. Conferência Internacional CIRED de Engenharia de Distribuição de Energia Elétrica, França, Junho 1999.

[14] KUNDURA P., Estabilidade e controle do sistema de energia; McGraw-Hill, Nova Iorque, 1994.

[15] Medição e avaliação de características de grade ligado turbinas eólicas de qualidade de energia, A norma IEC, CIE / IEC 61400-21, 2001.

[16] Pepermans G., J. Driesen, Haeseldonckx D., Belmans R., D'Haeseleer W., Geração distribuída: definição, benefícios e problemas. Política Energética, vôo. 33, não. 6, pp. 787-798, 2005.

[17] Ranjan R. e Venkatech B., Análise de redes de distribuição radiais estabilidade da tensão. Componentes e Sistemas de Energia Elétrica, vôo. 31, não. 5, pp. 501-511, 2003.

[18] Scott N. C., Atkinson D. J., Morrell J. E., Uso de controle de carga para regular a tensão em redes de distribuição com geração embutido. IEEE Transactions on Power Systems, vôo. 17, não, 2, pp. 510-515, 2002.

[19] Os requisitos técnicos para a conexão de sistemas de geração dispersa operando em paralelo na rede de distribuição, Documento C10/11 do FPE / BFE, Bélgica, 7 Maio 2002.

[20] O Guia NRECA a IEEE 1547, Guia de Aplicação para a interconexão de geração distribuída, 2006.

[21] Vu Van T., Impacto da geração distribuída na operação do sistema de poder e controle. Tese de Doutoramento, Katholieke Universiteit Leuven, 2006.

[22] Vu Van T., Belmans R., Visão geral de geração distribuída: estado atual e desafios. Revisão Inter-nacional de Engenharia Elétrica (IREE), vôo. 1, não. 1, pp. 178-189, 2006.

[23] Vu Van T., J. Driesen, Belmans R., Impactos da geração embutida na estabilidade de tensão do sistema de distribuição. Universidades Conferência de Engenharia de Energia, Thessaloniki, Grécia, Setembro 2003.

[24] Vu Van T., J. Driesen, Belmans R., Interconexão de geradores distribuídos e suas influências sobre o sistema de energia. Jornal Internacional de Energia, vôo. 6, não. 1, parte 3, pp. 127-140, 2005.

[25] Vu Van T., J. Driesen, Belmans R., Qualidade da energia e estabilidade de tensão do sistema de distribuição com recursos de energia distribuída. International Journal of Distributed Energy Resources, vôo. 1, não. 3, pp. 227-240, 2005.

[26] Woyte A., Questões de projeto de sistemas fotovoltaicos e sua integração na rede. Tese de Doutoramento, Katholieke Universiteit Leuven, 2003.

[27] Woyte A., Vu Van T., Belmans R., Nijs, J., Flutuações de tensão em nível de distribuição introduzidas por sistemas fotovoltaicos. IEEE Transactions on Energy Conversion, vôo. 21, não. 1, pp. 202-209, 2006.