Influência da Geração Distribuída Fotovoltaica na Estabilidade de Tensão em Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica

Abstract

RESUMO: O aumento da demanda mundial por energia elétrica estimula uma geração mais eficiente e sustentável a partir de fontes alternativas e renováveis de energia, que proporciona benefícios como a redução na emissão de gases poluentes, alívio no carregamento do sistema elétrico, aumento da confiabilidade da rede, o baixo impacto ambiental, a minimização das perdas e a diversificação da matriz energética. Nesse contexto, destaca-se a Geração Distribuída Fotovoltaica (GDFV). A alta penetração de GDFV provoca mudanças em parâmetros técnicos e operacionais do sistema, tais como as mudanças no perfil de tensão, no fluxo de potência, na qualidade de energia e no fator de potência, o aumento da complexidade de operação da rede e a alteração da estabilidade de tensão. A não manutenção dos níveis de tensão, dentro da faixa estabelecida pela legislação, levam à instabilidade do sistema e podem causar o colapso de tensão. O presente trabalho tem como objetivo estudar a influência da GDFV na estabilidade de tensão de um alimentador de distribuição de energia elétrica. Para este estudo foram utilizados os modelos de alimentadores de 13 e 34 nós produzidos e padronizados pelo IEEE, nos quais foram simulados diferentes cenários de integração de GDFV. A metodologia utilizada para a avaliação do nível de estabilidade do sistema foi a curva PV, com ela foi possível comparar os valores das margens de estabilidade e segurança de tensão dos nós dos alimentadores, e identificar os pontos de consumo máximo de potência ativa respeitando os limites aceitáveis de tensão. Ao final, foi possível observar um aumento dos valores de margem de estabilidade de tensão e margem de segurança de tensão e, consequentemente, um aumento da estabilidade de tensão dos nós estudados (652, 611 e 675 do A13N e 840 e 890 do A34N) para os casos em que houve a integração de GDFV. Destaca-se o comportamento da fase B do nó 675 no qual houve uma redução da tensão para os cenários simulados na faixa de até 5,5 MW. De forma geral, foi observado uma melhoria dos perfis de tensão e da estabilidade de tensão dos nós analisados dos alimentadores utilizados.

ABSTRACT: The increase in the worldwide demand for electric power stimulates a more efficient and sustainable generation from alternative and renewable energy resources, which provides benefits such as the reduction in the emission of pollutant gases, relief in the electric system loading, increase in the grid reliability, low environmental impact, minimization of losses and diversification of the energy matrix. In this context the Photovoltaic Distributed Generation (PVDG) highlights as the main player. High penetration of PVDG causes changes in technical and operational parameters of the system, such as the changes in voltage profile, power flow, energy quality and power factor, increases the complexity of grid operation and changes on voltage stability. Voltage levels outside of a acceptable range can lead to system instability and can cause a voltage collapse. The present paper aims to study the influence of PVDG on the voltage stability of a power distribution feeder. The IEEE 13-Node and 34-Node test feeders were used and different scenarios of PVDG integration were simulated. The methodology used to evaluate the system stability level was the PV curve, with it, it was possible to compare the values of the voltage stability and safety margins of the feeder nodes and identify the points of maximum active power consumption, respecting the acceptable voltage limits. Additionally, an increase in the values of voltage stability margin and voltage security margin and, consequently, an increase in the voltage stability of the studied nodes (652, 611 and 675 of the 13NF and 840 and 890 of the 34NF) for the cases where there is the integration of PVDG was observed. The behavior of phase B of node 675 highlights, in which there was a reduction in voltage for the simulated scenarios in the range up to 5.5 MW. It was observed an improvement in the voltage profiles and voltage stability of the analyzed nodes of the used feeders.