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2018 foi um ano especial

para a Geração Distribuída com Fontes Renováveis no Brasil

APOIO OFICIAL

ISSN 2526-7167

Vol. 04 - Nº 25 - NOV/DEZ 2018


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NOTA DO EDITOR / ÍNDICE

O

ano de 2018 foi realmente es- tando suas participações nas demandas pecial pra o setor de Energia So- crescentes do mercado. lar Fotovoltaica e Geração DisTambém tivemos eventos que se contribuída com Fontes Renováveis solidaram como os mais importantes do no Brasil. país, e um setor forte, precisa de eventos Mesmo em um ano de dificuldades po- fortes e com identidade, para discutir o fulíticas e financeiras no país, o setor mos- turo. trou sua força e continou sua escala de Que 2019 seja ainda mais especial que crescimento acentuado. 2018, que seja um ano repleto de conquisOutro fator importante foi a consolida- tas e melhorias! ção de grandes Players na cadeia produtiva Forte abraço a todos!!! do setor, desde fabricantes, distribuidores, Tiago Fraga integradores, todos se firmando, aumenCEO – Grupo FRG Mídias & Eventos

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Considerações sobre baterias lítio-íon

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Análise do setor elétrico brasileiro x geração distribuída

EDIÇÃO

FRG Mídia Brasil Ltda.

CHEFE DE EDIÇÃO

Aurélio Souza IEE USP

JORNALISTA RESPONSÁVEL

Curitiba - PR – Brasil www.revistabrasilsolar.com

Thayssen Ackler Bahls MTB 9276/PR

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DIREÇÃO COMERCIAL Tiago Fraga

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DISTRIBUIÇÃO DIRIGIDA

Empresas do setor de energia solar fotovoltaica, geração distribuída e energias renováveis, sustentabilidade, câmaras e federações de comércio e indústria, universidades, assinantes, centros de pesquisas, além de ser distribuído em grande quantidade nas principais feiras e eventos do setor de energia solar, energias renováveis, construção sustentável e meio ambiente.

TIRAGEM: 5.000 exemplares VERSÕES: Impressa / eletrônica

PUBLICAÇÃO: Bimestral CONTATO: +55 (41) 3225.6693 +55 (41) 3222.6661

E-MAIL: comercial@revistabrasilsolar.com COLUNISTAS/COLABORADORES

Mauro F. B. Jr, Ildo Bet, Maria de F. Rosolem, Raul F. Beck, Marina M. Falcão, Bruno R. de Almeida, Juliano de O. Pacheco, Samanta G. Barbosa, Jessica S. Guimarães, Davi Rabelo Joca, Luis H. P. Vasconcelos, Aryfrance R. Almeida, Nelber X. Melo, José G. S. Carvalho, Bartolomeu F. dos S. Júnior, Rosemberg B. de Sousa, Luiz D. dos S. Bezerra

Os artigos e matérias assinados por colunistas e ou colaboradores, não correspondem a opinião do RBS Magazine - Revista Brasil Solar, sendo de inteira responsabilidade do autor.

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Artigo

Baterias de lítio-íon, uma visão geral Mauro Fernando Basquera Jr Ildo Bet

Maria de Fátima Rosolem Raul Fernando Beck

PHB Eletrônica Ltda. mauro@phb.com.br ildo@phb.com.br

CPqD - Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações mfatima@cpqd.com.br raul@cpqd.com.br

Introdução A intermitência das fontes renováveis, como eólica e fotovoltaica, sempre foi fator crítico para sua consolidação na base das matrizes energéticas. Contudo, o desenvolvimento de sistemas avançados de armazenamento de energia e a queda expressiva dos custos das novas tecnologias, devido à entrada mundial massiva de veículos elétricos, têm contribuído significativamente para a transformação deste cenário. Dentre as diversas tecnologias que vêm sendo empregadas, as baterias de lítio-íon surgem como uma excelente alternativa devido a sua alta densidade energética e vida útil elevada. Este artigo apresenta as principais características destas baterias, tanto químicas quanto eletrônicas, uma vez que estas não podem operar sem um sistema de controle e gerenciamento, o Battery Management System (BMS). Histórico O estudo com baterias de lítio começou em 1912 com Gilbert Lewis, um físico-químico americano. Já em 1970 ocorreu a comercialização de baterias não recarregáveis, também chamadas de baterias primárias. Por fim, em 1991 as primeiras baterias recarregáveis foram comercializadas pela Sony, fruto do trabalho do professor americano John Goodenough, o qual descobriu o cátodo à base de litio cobalto, e continua até hoje, com 95 anos, trabalhando na área. O novo desafio do professor, juntamente com a Profa. Maria Helena Braga, está nas baterias de estado sólido, as

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quais prometem possuir maior densidade energética e segurança. Composição e funcionamento A bateria de lítio-íon é formada basicamente por um ânodo composto por camadas de grafite e pelo cátodo composto por óxidos de lítio e metais, e é nele que está a diferença da maioria das diferentes baterias de lítio disponíveis no mercado. É na estrutura do cátodo que existem variações de composições químicas, seja para buscar maior densidade de energia/potência ou ciclabilidade. Entre o ânodo e o cátodo existe um separador para evitar o curto-circuito entre os eletrodos, o qual é embebido com um eletrólito formado por sais de lítio misturados em solventes orgânicos. O material de contato do ânodo é cobre e o do cátodo é alumínio, devido à estabilidade desses materiais para diferentes potenciais. O princípio básico de funcionamento é o seguinte: na descarga ocorre uma reação de oxidação no ânodo, que continha íons de lítio intercalados no grafite, essa reação de oxidação libera elétrons para o circuito elétrico externo da bateria e os íons de lítio saem do ânodo e vão para o cátodo, onde ocorre uma reação de redução nos óxidos de lítio e metais e os íons de lítio ficam intercalados nessas estruturas. Na recarga ocorre o contrário, os elétrons provenientes da corrente elétrica do recarregador provocam reações de oxidação no cátodo e de redução no ânodo que liberam íons de lítio do cátodo que vão para o ânodo. A grande diferença das baterias de lítio-íon está na pro-

priedade de intercalação dos íons nas estruturas do ânodo e do cátodo sem alteração da estrutura química deles. Principais tecnologias As baterias de lítio-íon são identificadas pelos materiais ativos do cátodo. Dentre as principais, destacam-se as seguintes: Lítio Manganês Spinel (LMO), Lítio Níquel Cobalto Alumínio (NCA), Lítio Níquel Manganês Cobalto (NMC), Lítio Ferro Fosfato (LFP), Lítio Titanato (LTO - neste caso a principal alteração é no ânodo, sendo o cátodo NMC). A Figura 1 apresenta as principais características das várias tecnologias de baterias de lítio-íon, tais como densidade de energia, densidade de potência, desempenho, vida útil, custo etc. Como pode ser observado, nenhuma das tecnologias atingiu o ponto ótimo em todos os requisitos. Por exemplo, as baterias dos tipos NMC e NCA apresentam elevada densidade de energia e custo razoável, no entanto apresentam menor desempenho cíclico e menor segurança quando comparadas às baterias do tipo LFP e LTO. No entanto, essas duas últimas tecnologias apresentam menor densidade de energia e maior custo. Desta forma, para cada projeto deve ser selecionado o tipo de tecnologia mais apropriado à aplicação. Por exemplo, nos veículos leves totalmente elétricos geralmente são utilizadas baterias do tipo NMC ou NCA. Já nos veículos pesados geralmente é usada LFP e em alguns veículos híbridos a tecnologia LTO vem sendo empregada. Por fim, para aplicações estacionárias, como sistema de backup


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Artigo

Figura 1 - Diagrama simplificado das características das principais tecnologias de baterias de lítio-íon

ou sistemas fotovoltaicos, a tecnologia predominante é a LFP.

Figura 2 - Regiões de operação da bateria de lítio-íon

redução de custos. Cátodos à base de enxofre e oxigênio gasoso também estão sendo pesquisados. Já existem Características baterias de lítio/enxofre sendo testadas em forma de protótipos. Neste As principais características das Novas gerações caso, um problema ainda a ser solubaterias de lítio-íon são apresentadas cionado é a elevação da vida cíclica. a seguir: As novas gerações de baterias de A bateria de lítio-ar (oxigênio gasoso) lítio buscam o aumento da densidade está ainda em escala laboratório, um - Alta densidade de energia: A de energia, vida cíclica, segurança e dos problemas a ser solucionado é densidade de energia pode variar de redução de custos. Para isso vários a estabilidade do cátodo e vida útil. 100 Wh/kg até 260 Wh/kg. consórcios internacionais estão pes- Nanoestruturas e cobertura metálica quisando e aperfeiçoando os mate- com óxidos têm ajudado a viabilizar - Possibilidade de recarga e des- riais do ânodo, cátodo, eletrólito e a estabilidade destes materiais. Esticarga rápida: Diferentemente das de- separador. O aumento da densidade ma-se que a bateria de lítio-ar esteja mais baterias, as baterias de lítio-íon de energia é alcançado através dos disponível comercialmente em torno podem ser descarregadas com cor- materiais dos ânodos e cátodos. de 10 anos. rentes elevadas sem perda de capacidade disponível. Ânodos de silício misturados Battery Management System (BMS) com grafite já se encontram na fase - Alta eficiência: A eficiência de de protótipo laboratorial e estimaO Battery Management System recarga e descarga das baterias de lí- -se que esta bateria seja disponibi- (BMS) é um sistema eletrônico emtio-íon pode chegar até 98%. lizada comercialmente em cerca de barcado que tem funções de protecinco anos. Outro ânodo que está ção, controle e monitoramento de - Bom desempenho em estados sendo intensamente pesquisado é o todas as variáveis da bateria. Geralparciais de carga: Não há perda de lítio metálico. Um dos problemas do mente, a inteligência do sistema está capacidade permanente se a bateria lítio metálico é a segurança. Devi- no AFE (Analog Front-end), circuito for mantida sem estar completamen- do à formação de dendritos de lítio eletrônico que faz todas as medições te recarregada, o que é ideal para (crescimento de pequenas "agulhas" de parâmetros das células da bateria, aplicações de energia renovável, nas metálicas no ânodo), pode ocorrer o e no microcontrolador, o qual toma quais não é possível garantir recargas curto-circuito entre as placas, resul- as ações e faz a interface da bateria completas diárias devido à intermi- tando em explosão ou fogo. Uma das com o mundo externo. A sua estrututência dos recursos. soluções que está sendo estudada ra básica é apresentada na Figura 3 e para solucionar este problema é o suas principais funções são apresen- Vida útil: Além de permitir des- uso de eletrólito sólido, aliado ao uso tadas abaixo: cargas profundas, dependendo da de cobertura de lítio com óxidos meprofundidade de descarga as bate- tálicos. - Monitoramento de variáveis rias podem chegar até 10 anos de (tensão, corrente e temperatura) vida útil. Em relação ao cátodo as novas gerações estão utilizando óxidos meO circuito de instrumentação tem - Não é possível operar sem um tálicos enriquecidos de níquel e man- de ser o mais preciso possível, uma sistema de gerenciamento: Devido à ganês, diminuindo a concentração de vez que a diferença entre uma célula restrita faixa de operação segura (Fi- cobalto, favorecendo a segurança e com 100 % de SoC (State of Charge) 6

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gura 2), todas baterias de lítio devem possuir um sistema eletrônico de gerenciamento, o BMS (Battery Management System).


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e outra com 0 % pode ser de apenas 1,65 V, no caso da LFP. Normalmente são usados conversores A/D (analógico-digital) com precisão de 12-14 bits para as medições de tensão e de 14-16 bits para medição de corrente. Além disso, sensores de temperatura são espalhados por todo o módulo para identificação de possíveis hotspots (pontos quentes internos) e gerenciamento térmico. - Estimação de estado de carga (SoC) e estado de saúde (SoH) Uma vez que não é possível inferir o estado de carga da bateria apenas pela tensão, pois ela varia de acordo com o regime de descarga, ou apenas por integração da corrente, pois existem perdas no processo e integração do offset, são utilizados algoritmos avançados de estimação de parâmetros para cálculo do SoC. Estes algoritmos se baseiam no histórico de utilização da bateria e utilizam dados de ensaios prévios para uma estimação mais precisa. O SoH (State of Health) normalmente é analisado a partir da impedância interna da bateria. Métodos avançados utilizam mais informações, como a contagem total de ciclos já realizados, temperatura média de operação, corrente média de descarga e recarga, etc. - Balanceamento das células em série Devido a pequenas diferenças entre as células em seu processo de fabricação, variação de temperatura interna do módulo e problemas de interconexão, além de diferenças no envelhecimento das células, a capacidade do módulo acabaria sendo subutilizada e limitada à “pior” célula, caso não houvesse um circuito de balanceamento. Para isso são implementados circuitos que podem ser passivos, compostos por resistores para dissipação de energia, ou também podem ser ativos, onde há troca de energia entre as células. O tradeoff entre as estratégias fica a critério do custo e da complexidade desejada para o produto. - Proteção / Segurança São implementadas chaves bidirecionais para controlar a recarga e a 8

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Figura 3 - Battery Management System - Estrutura básica

descarga das baterias. Estas servem storage – General requirements and para proteção do módulo em alguma methods of test – Part 1: Photovolcondição crítica (sobrecorrente, so- taic off-grid application bre/subtemperatura, sobre/subtensão e curto-circuito externo). • IEC 61427-2 – Secondary cells and batteries for renewable - Comunicação / IHM energy storage – General requirements and methods of Toda interface com o usuário já test – Part 2: On-grid applicaestá embutida nas baterias, como tions leds de indicação do SoC e botão de liga/desliga. Além disso, uma das • IEC 62619 – Secondary cells principais vantagens das baterias de and batteries containing lítio-íon está no sistema de comunialkaline or other non-acid cação, que já faz parte da mesma. electrolytes - Safety RequirePelas portas de comunicação são ments for secondary lithium transmitidos todos os dados da batecells and batteries for use in ria, via interface RS232, RS485, CAN industrial applications ou protocolo proprietário, seja para o inversor, retificador ou sistema de • IEC 62620 – Secondary cells monitoramento. and batteries containing alkaline or other non-acid elec- Log de dados e eventos trolytes – Secondary lithium cells and batteries for use in Na maioria das vezes, o BMS posindustrial applications sui um logger para armazenamento de informações e das condições de Aplicações residenciais, comerciais uso às quais a bateria foi submetida e industriais durante sua utilização. A seguir são apresentadas as Regulamentação principais aplicações dos sistemas de armazenamento de energia: As principais normas internacionais que tratam de baterias de lítio-íPeak shaving: A energia armaon e suas aplicações são as seguintes: zenada no sistema é utilizada a fim de evitar que a demanda contratada - IEC 61427-1 – Secondary cells seja ultrapassada, gerando multas. and batteries for renewable energy Além disso, caso haja um limite de


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100 kWh / 100 kW (Figura 7) que será pregar uma solução inovadora que instalado junto à planta fotovoltaica utiliza os inversores on-grid (150 kW) já existente no Instituto de Energia certificados no INMETRO para operae Meio Ambiente da universidade ção tanto com módulos fotovoltaicos para prestação de serviços ancilares. quanto baterias, no caso 1 MWh de Energy time-shift: O sistema ar- Outro projeto da PHB é em conjunto baterias chumbo-ácido, as quais semazena energia em momentos de com a ALSOL e CEMIG, o qual irá em- rão utilizadas nos horários de ponta. pouco consumo ou baixo custo, de modo que a energia possa ser utilizaFIGURA 4 - LINHA DE INVERSORES HÍBRIDOS PHB da mais tarde em momentos de consumo e preços elevados, geralmente equivalentes aos horários de ponta. potência de injeção para o sistema, as baterias podem ser recarregadas impedindo a ultrapassagem do mesmo.

Ramp rate control: Devido à elevada intermitência das fontes de energia renováveis (eólica e solar), sistemas de grande porte podem impactar de maneira negativa a rede elétrica em virtude destas flutuações. Assim as baterias são empregadas junto às plantas para suavizar a variação de potência, mitigando os possíveis problemas. Serviços Ancilares: O sistema de armazenamento de energia é recarregado ou descarregado em resposta a um aumento ou redução da frequência da rede, mantendo-a dentro dos limites pré-estabelecidos. Além disso, o sistema também pode absorver ou injetar reativos para manter a tensão dentro da faixa de operação adequada. Backup: Em caso de falha da rede, o sistema de armazenamento fornece energia às cargas.

b. Inversor Híbrido Bidirecional a. Inversor Híbrido Modular

c. Inversor Híbrido Compacto

Status atual e visão futura Atualmente a PHB está atuando em várias frentes no ramo de armazenamento de energia. Para aplicações residenciais, além de contar com a família de inversores híbridos (Figura 4) a empresa está em processo final de desenvolvimento de baterias de lítio-íon juntamente com o CPqD, em um projeto financiado pelo BNDES-FUNTEC (Figura 5). A PHB já conta com uma linha de baterias de lítio-íon modulares de 48 V / 50 Ah com vida cíclica de 4500 ciclos (Figura 6). Já para aplicações comerciais e industriais, a PHB está participando de um projeto da Chamada Aneel Nº21 com o IEE-USP, CPqD, Hytron e CTEEP para o desenvolvimento de um container de baterias de lítio-íon de 10

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Figura 5 - Bateria de lítio-íon - Projeto de P&D em conjunto com o CPqD

Figura 6 - Bateria de lítio-íon modular - 48 V / 50 Ah

Figura 7 - Sistema de Armazenamento de Energia (100kW/100kWh)


UMA ANÁLISE DO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO X GERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA Marina Meyer Falcão

O

modelo elétrico brasileiro foi concebido em 1997 pautado na política institucional da época e tinha como princípio norteador a modicidade Tarifária, a universalidade e a segurança energética, além de estimular o ingresso de investimentos privados (livre concorrência) no setor. Trazia como premissa básica a orientação para as funções de planejamento setorial de longo, médio e curto prazos. Para tal, fundamentou-se em: a. um grande “encontro de contas” entre os agentes do setor; havia um grande volume de dívidas entre os diversos agentes (especialmente distribuidoras devendo a geradoras) e governos (o setor elétrico era eminentemente estatal, com poucas empresas privadas e até reestatizadas, como o caso da Light); b. um programa de desverticalização setorial – separação entre geração, transmissão e distribuição; c. um programa de privatizações – especialmente de Distribuidoras, com d. forte incentivo à livre iniciativa, com premiação à produtividade e eficiência operacional, através de mecanismos previstos nas revisões tarifárias; e. lançamento das bases para a criação do MAE - Mercado Atacadista de Energia, e de uma política de descontração de energia (25% do 12

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NOVOS MODELOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA ESTÃO SURGINDO, COMO EXEMPLO: A GERAÇÃO DISTRIBUÍDA,

energia elétrica se desenvolva com equilíbrio entre os agentes e em benefício da sociedade, priorizou as ações de regulação, de fiscalização e do estabelecimento das tarifas, de forma a preservar o equilíbrio econômicofinanceiro dos agentes e assegurar a qualidade e a sustentabilidade do serviço de energia elétrica.

Atualmente este sistema tem passado por profundas transformaO ARMAZENAMENTO ções e vivencia hoje uma nova fase: a era da smart energy aliada à era “3D” DE ENERGIA (STORAGE) no setor de energia: descentralização, descarbonização e digitalização mercado das distribuidoras do setor elétrico. Novos modelos de a cada ano). geração de energia estão surgindo, como exemplo: a geração distribuída, Para que este novo desenho fun- o armazenamento de energia (storacionasse, foram criadas instituições ge) e um forte estímulo à eficiência ligadas ao Ministério de Minas e energética. Energia, tais como: No entanto, ainda temos com a. EPE (Empresa de Pesquisa principal entrave o elevado custo fiEnergética), nal da energia no Brasil aliado a diversas incertezas regulatórias e juríb. Operador Nacional do Siste- dicas. O peso tributário e dos demais ma Elétrico (ONS) encargos que compõem a conta de energia elétrica tornam a energia do c. MAE – Mercado Atacadista Brasil uma das mais caras do mundo! de Energia, depois transformado em CCEE – Câmara de Levantamento recente da AssoComercialização de Energia ciação Brasileira de Grandes ConsuElétrica midores Industriais de Energia e de Consumidores Livres (ABRACE), reved. Transformação do DNAEE – lou que o aumento da conta de enerDepartamento nacional de gia entre o ano de 2014 a 2017 foi de Águas e Energia Elétrica em 31,5%. Esse índice superou a inflação ANEEL - Agência Nacional acumulada no mesmo período, que de Energia Elétrica – como chegou a 28,86%, de acordo com os agente regulador e fiscaliza- dados do Instituto Brasileiro de Geodor do sistema elétrico bra- grafia e Estatísticas, o IBGE. Agravansileiro. do a situação, as concessionárias que passaram por processo de revisão A criação da ANEEL, como Agên- tarifária em 2018 tiveram aumentos cia Reguladora independente, com médios muito superiores à inflação a missão de proporcionar condições (por exemplo: Eletropaulo – 15,84%; favoráveis para que o mercado de COPEL – 15,99%; CEMIG – 23,19%).


Além do ICMS, que representa um elevado custo na conta de energia elétrica, o consumidor brasileiro também arca com parte dos custos das políticas de geração para viabilizar o suprimento a mercados não interligados ao Sistema Interligado Nacional – SIN, mais caras e menos eficazes, sem que ao menos seja informado a esse respeito, por meio dos encargos setoriais como a RGR a CCC e a CDE. Dados da ABIAPE (Associação Brasileira dos investidores em autoprodução de energia) estimam em mais de 578 mudanças regulatórias na área de energia. Apenas a Lei nº 12.783/2013 – que dispõe sobre as concessões de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, sobre a redução dos encargos setoriais e sobre a modicidade tarifária – teve 56 mudanças desde a sua publicação. Uma intervenção governamental no Setor Elétrico, promovida pela Medida Provisória 579 de 11/09/212, mais tarde transformada na Lei 12.783 de 11/01/2013, acabou por trazer desequilíbrios adicionais ao setor, levando a uma forte judiciali- 1,0%, segundo o último dado divulgado pelo IBGE (fonte: www.epe.gov. zação das relações entre agentes. br/Relatório%20Síntese%202018Outros esforços são urgentes e ab%202017vff.pdf). Segundo dados necessários no Brasil, com destaque da Empresa de Pesquisa Energética para os investimentos em infraes- (EPE), empresa ligada ao Ministério trutura de energia, levando em con- de Minas e Energia, a Micro e a Mini sideração a estimativa de expansão Geração Distribuída, fonte incentivade crescimento econômico do Brasil. da por ações regulatórias que viabiEm 2017, a oferta interna de energia lizaram a compensação da energia (total de energia disponibilizada no excedente produzida por sistemas de país) atingiu 293,5 Mtep, registrando menor porte (net metering), atingiu um acréscimo de 1,8% em relação ao 359,1 GWh com uma potência instaano anterior. Parte deste aumento lada de 246,1 MW. O grande destafoi influenciado pelo comportamen- que se deu para a fonte solar fotovolto das ofertas internas de gás natural taica, com 53,6 GWh e 174,5 MW de e energia eólica, que subiram 6,7% geração e potência instalada respece 26,5% no período, respectivamen- tivamente. E o segmento industrial, te. Contribuiu ainda para a expansão respondeu com um acréscimo de 2,2 da oferta interna bruta a retomada milhões de tep em valores absolutos, da atividade econômica em 2017, liderando o aumento da demanda ano em que o PIB nacional cresceu energética no ano de 2017.

O Brasil possui uma matriz energética imensamente limpa e com alto poder de geração de energia renovável, em especial através da energia solar. E ainda assim a produção de energia por fonte solar no Brasil é irrisória comparada com a Alemanha por exemplo, com menor radiação solar, e que é um dos países líderes do mercado mundial. Então por qual razão o Brasil ainda está tão atrasado na modicidade tarifária, princípio este amplamente defendido em nossa Constituição Brasileira? Temos ainda em nosso país uma radiação solar abundante, onde o sol aparece em média 280 dias por ano, além de ser detentor de uma das maiores reservas de silício no mundo, material utilizado na fabricação de painéis solares. No entanto, ainda carece de indústrias nacionais para a produção desses sistemas. Por isso a importância da geração solar distribuída (autoprodução em consumidores), em especial a geração solar PV em telhados que no Brasil representará até o ano de 2040, 20% de instalações.(Fonte: BNEF Bloomberg New Enwergy Finance – NEO - New Energy - Outlook 2017). Com a publicação da Resolução Normativa nº 482/2012 da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) e suas alterações posteriores (Resoluções nº 687/2015 e 786/2017), o consumidor brasileiro passou a poder gerar a sua própria energia elétrica a partir de fontes renováveis (como: solar, eólica hidráulica e cogeração qualificada) e inclusive fornecer o excedente de energia para a rede de distribuição de sua localidade, através do sistema de COMPENSAÇÃO1 de energia (Net Metering). Sistema de compensação de energia elétrica: sistema no qual a energia ativa injetada por unidade consumidora 1

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DE ACORDO COM A ANEEL, OS ESTÍMULOS À GERAÇÃO DISTRIBUÍDA E A AUTOPRODUÇÃO DA ENERGIA JUSTIFICAMSE PELOS BENEFÍCIOS QUE ESTES MODELOS PODEM PROPORCIONAR AO SISTEMA ELÉTRICO O modelo da geração compartilhada de energia, ou “fazendas solares” – viabilizadas por meio da constituição de um CONSÓRCIO ou COOPERATIVA2 de energia – surgiu no mercado de geração “própria” de energia. Este novo modelo deve ser feito dentro da mesma área de concessão ou permissão, e é composto por pessoa física ou jurídica, que possua unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída em local diferente das unidades consumidoras nas quais a energia excedente será compensada. (REN 482/2012 - GRIFO DO ORIGINAL). com microgeração ou minigeração distribuída é cedida, por meio de empréstimo gratuito, à distribuidora local e posteriormente compensada com o consumo de energia elétrica ativa; geração compartilhada: caracterizada pela reunião de consumidores, dentro da mesma área de concessão ou permissão, por meio de consórcio ou cooperativa, composta por pessoa física ou jurídica, que possua unidade consumidora com microgeração ou minigeração distribuída em local diferente das unidades consumidoras nas quais a energia excedente será compensada; 2

Este fenômeno ocorreu principalmente em função do elevado custo final da energia no Brasil, fazendo com que as fazendas solares ficassem ainda mais atraentes e populares. Contudo, salientamos a importância de dimensionar o projeto elétrico junto à Concessionária de energia local, solicitar corretamente a conexão junto à rede da Distribuidora e elaborar corretamente os Contratos Regulatórios na área da geração distribuída com o auxílio de advogados especialistas no ramo do Direito de Energia. Assim, a energia solar fotovoltaica vem apresentando um efetivo crescimento mundial nos últimos anos, em grande parte devido à implantação ou intensificação de programas de governo que estimulam tanto o uso quanto o desenvolvimento tecnológico e industrial dos equipamentos necessários para o seu aproveitamento, em especial o nosso país (particularmente privilegiado)

devido aos altos níveis de radiação solar e as grandes reservas de Silício de alta qualidade. De acordo com a ANEEL, os estímulos à geração distribuída e a autoprodução da energia justificam-se pelos benefícios que estes modelos podem proporcionar ao sistema elétrico, como adiamento de investimentos em expansão dos sistemas de transmissão e distribuição, baixo impacto ambiental, redução no carregamento das redes, minimização de perdas elétricas e diversificação da matriz energética. Dessa maneira, faz-se urgente e necessário a imediata revisão dos encargos setoriais, considerando soluções energéticas mais eficientes e mais econômicas. A desoneração das tarifas de energia elétrica é vital para a sustentabilidade do setor elétrico. Caso isso não ocorra, os riscos que afligem o setor de energia elétrica, como a inadimplência, a redução de mercado e a inibição de investimento poderão ser majorados. E, para o avanço regulatório da área de energia acontecer a mobilização da sociedade faz-se obrigatória, para cobrar do governo e dos seus órgãos reguladores uma maior transparência das tarifas de energia elétrica, e uma redução dos tributos e moderação dos encargos e subsídios que compões e encarecem a conta de energia elétrica de todos nós brasileiros.

Marina Meyer Falcão. Advogada especialista em Direito de Energia. Consultora jurídica da ABGD. Membro representante do Estado de Minas Gerais na missão Energias Renováveis na Alemanha em 2018 e nos Estados Unidos em 2016 ( The U.S. Department of State's sponsoring an International Visitor Leadership Program project entitled “Modernizing the Energy Matrix to Combat Climate Change,” for Brazil in 2016), Autora de 3 Livros em Direito de Energia, MBA em Direito Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas. Pós-graduada em Gestão Ambiental pelo Instituto de Educação Tecnológica - IETEC. Graduada pela Universi-dade FUMEC. Membro da Comissão de Energia da OAB-MG; Membro da Câmara de Energia, Petróleo e Gás da Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais - FIEMG; Ex-Superintendente de Política Energética do Estado de Minas Gerais (2009 a 2014); Ex-Conselheira do Conselho de Política Ambiental – COPAM do Estado de Minas Gerais (2009 a 2014); Ex-Secretária Executiva do Comitê Mineiro de Petróleo e Gás.

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INTRODUÇÃO AOS TRANSFORMADORES DE ESTADO SÓLIDO Bruno R. de Almeida1; Juliano de Oliveira Pacheco2; Samanta G. Barbosa3; Jessica S. Guimarães4; Davi Rabelo Joca5

RESUMO No sistema elétrico, o transformador de potência é um equipamento fundamental tanto para a transmissão de energia quanto para a distribuição desta ao consumidor final. Entretanto, ele é um equipamento passivo que só pode ser conectado e desconectado da rede elétrica, além de ser pesado e volumoso. Devido a essas características, o mesmo se torna inadequado em aplicações em smart grids. Neste contexto, o transformador de estado sólido ou solid-state transformer se torna uma alternativa atrativa em smart grids. Ele apresenta como vantagens: redução do volume e do peso, bem como a capacidade de isolação de falhas, de regulação de tensão, de filtragem harmônica, compensação de potência reativa e de correção do fator de potência. Este trabalho apresenta um estudo introdutório sobre os transformadores de estado sólido apresentando sua classificação, funcionamento e possíveis aplicações. Palavras-chave: Transformador de Estado Sólido; Smart-grids; MMC.

1. Introdução

dois níveis requerem o uso de altas frequências de comutação que são Com o crescente aumento popu- limitadas pelas perdas nos semiconlacional, o desenvolvimento econô- dutores. Embora o desenvolvimento mico e tecnológico dos diversos seto- de novas tecnologias de semicondures produtivos da sociedade gera um tores tenham permitido melhorias aumento considerável no consumo significativas, a busca por topologias mundial de energia elétrica. Apenas que permitam densidades de potênna última década, o consumo cresceu cia ainda maiores continua em pro30%. No Brasil, com o aumento do gresso [4] e [5]. poder aquisitivo e com os programas governamentais de universalização Neste contexto, conversores de energia elétrica um número maior multiníveis são soluções adequadas de famílias obteve acesso a eletrodo- para a obtenção de tensões e cormésticos e sistemas de climatização, rentes com mais níveis e melhoria da de modo que o crescimento do con- qualidade de energia, com menores sumo de energia elétrica foi de 38% esforços de tensão e a operação de no mesmo período [1]. alta potência. Dentre alguns conversores multiníveis mais conhecidos, Dentro desse contexto, houve citam-se: ponto neutro grampeado um aumento na demanda de energia a diodo (Neutral-Point Clamped e, como consequência, de seu custo, NPC) [6], capacitor flutuante (Flying dessa forma, justificando a busca de Capacitor - FC), conversor ponte-H técnicas de processamento de ener- cascateado (Cascaded H-Bridge gia de forma mais eficiente [2] e [3]. CHB) [7], e conversor multinível modular (Modular Multilevel Converter A fim de prover uma alta den- - MMC) [8]. Estes conversores são sidade de potência e eficiência, as utilizados em diversas aplicações, soluções convencionais baseadas como a transmissão de alta tensão em topologias de conversores de em corrente contínua (High Voltage Direct Current - HVDC), máquinas elétricas, interligação de fontes de Doutor – Universidade de Fortaleza (Unifor), Fortaleza, CE, almeida@unifor.br. energia renováveis com a rede elétriMestre – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, ca, transformadores de estado sólido juliano.pacheco@gmail.com Engenheira – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, (TES) (Solid-State Transformer - SST), CE, samantagadelha@dee.ufc.br fontes de alimentação ininterrupta Mestre – Universidade de Fortaleza (Unifor), Fortaleza, (UPS) e fontes para equipamentos de CE, jessicaguimaraes@unifor.br Mestre – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, CE, telecomunicações. 1. 2. 3. 4. 5.

davijoca@dee.ufc.br

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Nestes sistemas, as frequências de comutação são elevadas para obter uma alta qualidade de energia com reduzido volume e peso do equipamento. No entanto, o aumento da frequência de comutação gera um aumento de perdas globais, bem como interferências eletromagnéticas (Electromagnetic interference EMI) [9]. Dentro deste contexto, este artigo visa apresentar uma introdução aos transformadores de estado sólido, apresentando suas principais características, classificação, funcionamento e possíveis aplicações. 2. Transformadores de Estado Sólido Transformadores são dispositivos eletromagnéticos simples normalmente utilizados para transferir energia de um sistema elétrico a outro, seja simplesmente para isolar eletricamente os circuitos, ajustar a impedância entre circuitos, condicionar os níveis de tensão (tanto elevando quanto abaixando o valor da mesma) ou para mais de uma finalidade simultaneamente [10]. A frequência de operação desse dispositivo é inversamente proporcional ao seu peso e volume, ou seja, com a diminuição da frequência de operação, tem-se o aumento do peso e volume do mesmo [11].


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Portanto, o desenvolvimento dos transformadores de potência tradicionais segue a tendência de aprimorar a engenharia de novos materiais magnéticos e de isolação, processos de fabricação e sempre considerando fatores econômicos e ambientais [12] e [13]. Todavia, nos últimos dez anos, o “transformador universal inteligente” [14] ou o “transformador eletrônico” [15] vem sendo considerado como a evolução do transformador tradicional de potência. Seu conceito mais antigo foi apresentado por [16], no qual é apresentada uma topologia de conversor com a aplicação de tensão em alta frequência no barramento do transformador. Atualmente, a terminologia mais utilizada para esta tecnologia vem do conceito de [17], chamada de transformador de estado sólido, devido ao grande número de dispositivos semicondutores, também denominados de dispositivos de estado sólido, do inglês, solid-state devices, normalmente encontrados nas topologias propostas [17]. A Figura 1 apresenta uma configuração genérica de uma topologia de transformador de estado sólido.

compensação de quedas de gundo conversor conectado no lado tensão e limitação de corren- secundário do transformador. te de falta; A partir da configuração genérica • fornecer roteamento eficien- apresentada na Figura 1, nota-se que te de energia elétrica com o TES pode ser utilizado em diversas base na comunicação entre aplicações e com a combinação de os prestadores de serviços diversas topologias de conversores (concessionárias), o usuário estáticos. Dessa forma, faz-se necesfinal e outros transformado- sária uma categorização geral do TES para que se possam classificar as tores ligados à rede; pologias existentes ou topologias fu• poder reduzir do peso e vo- turas. lume dos equipamentos individuais de transformadores B. Classificação com potências equivalentes. Diversos autores apresentam Todavia, mesmo com todas as formas de classificação de TES. Denvantagens supracitadas, os TES pos- tre eles, [22] mostrou uma forma basuem como principal limitação a bai- seada nos estágios de conversão que xa capacidade de bloqueio de tensão formam o TES, com o foco em sistedos semicondutores, a qual é inade- mas de distribuição. Nos trabalhos quada para aplicações em alta ten- de [12] e [23], é descrita uma classifisão. Para resolver esse problema, os cação similar, porém, apresenta uma interruptores podem ser ligados em relação quanto ao arranjo dos módusérie a fim de dividir a tensão total los básicos para modular a tensão de aplicada no conversor se fazendo uso entrada e a tensão de saída. Já em de topologias de conversores mul- [19], apresentam-se três formas de tiníveis ou conversores modulares classificar os TES: pela forma como o sistema realiza o fluxo de potênmultiníveis. cia; pela forma de interconexão que Além disso, a complexidade do o TES promove entre dois sistemas sistema de controle é incrementada trifásicos, similar à apresentada em por conta do número de semicondu- [22]; por como a estrutura do TES tores nas topologias modulares e das pode ser configurada para suportar diversas variáveis a serem monitora- a rede de média ou de alta tensão, das (tensão, corrente, fluxo de po- assemelhando-se a apresentada em [23]. tência e proteção). •

Os TES apresentam as mesmas A. Funcionamento funcionalidades básicas do transA finalidade básica do TES é a isoformador convencional, porém com a inclusão das seguintes vantagens lação em média ou alta frequência e a adaptação dos níveis de tensão [12], [18]-[21]: utilizados pelos consumidores finais. • permitir o controle de fluxo Dessa forma, obtém-se a redução do volume e peso do transformador inde potência bidirecional; terno ao TES quando comparado aos • entrada ou saída em corrente transformadores tradicionais utilizacontínua (CC) ou corrente al- dos para o mesmo fim. ternada (CA); A tensão, proveniente de uma • os valores de tensão e frequ- fonte CA, é processada por um conência da energia processada versor eletrônico de potência que podem ser ativamente modi- gera uma tensão em média ou alta frequência aplicada ao transformaficados; dor. A seguir, essa tensão pode ser • melhoria na qualidade de elevada ou abaixada pelo transforenergia através da compen- mador e finalmente essa tensão é sação de reativos e filtragem condicionada para a aplicação, a qual o TES foi projetado, através de um seativa de harmônicos;

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Neste artigo, serão descritas as classificações por número de estágios de conversão de [23] e a forma como são obtidas as tensões de entrada e saída do TES pelo arranjo dos conversores potência apresentados em [19]. • Quanto aos estágios de conversão Na Figura 2 é apresentada a classificação quanto ao número de estágio apresentado em [24] e [25]. A Figura 2 (a) apresenta a categoria “Tipo 1” que é caracterizada por uma única conversão CA-CA com um transformador abaixador. A Figura 2 (b) apresenta a categoria “Tipo 2” que possui uma conversão CA-CC isolada provendo um barramento CC em baixa tensão seguido de uma conversão CC-CA, caracterizando dois estágios


de conversão. Já na Figura 2 (c) é apresentada a categoria “Tipo 3”, que apesar de apresentar dois estágios de conversão como no Tipo 2, a isolação e a redução da tensão são realizadas pelo estágio CC-CA, assim um barramento de alta tensão CC é criado. Por fim, a Figura 2 (d) apresenta a categoria “Tipo 4” que é caracterizada por três estágios de conversão (CA-CC, CC-CC e CCCA) com isolação no estágio CC-CC, proporcionando tanto um barramento de alta tensão CC quanto um de baixa tensão CC. Figura 2. Classificação do TES, quanto ao número de estágios de conversão.

utilização de semicondutores com baixa tensão de bloqueio. Na Figura 3 (b) utilizam-se estruturas de conversores que possibilitam o acesso do barramento CC, com o lado de baixa tensão sendo composto por uma única estrutura. Os enrolamentos das Figuras 3 (b) e (c) são dispostos em um único barramento de acoplamento magnético. Na Figura 3 (c), o conversor do lado de alta tensão é composto de vários módulos em série e o conversor ligado ao secundário é composto de um único módulo. Os conversores do lado de baixa tensão apresentados nas Figuras 3 (d) e (e) são ligados em configuração paralela, sendo que em (d) são utilizadas estruturas semelhantes ao primário de (b). Na Figura 3 (e) são utilizadas estruturas cascateadas com barramentos CC independentes. Vale ressaltar que as duas formas de classificação se completam, sendo possível classificar diversas estruturas aplicadas nos TES. Figura 3. Classificação do TES, quanto ao arranjo dos conversores.

TES. Dentre elas, pode-se destacar a obtenção de uma rede inteligente residencial, onde em um sistema elétrico residencial será possível a interligação entre um aerogerador de pequeno porte com painéis fotovoltaicos localizados na casa, bem como bancos de baterias (armazenamento da energia em momentos de excesso de geração) e a rede de distribuição local. A possibilidade da redução de volume e peso dos magnéticos do sistema torna o TES extremamente atrativo quando se trabalha com aplicações de tração. Da mesma forma, para aplicações em redes de distribuição, quando existe a possibilidade de se desenvolver alguma capacidade ativa na rede a ser gerida pelo TES. É interessante mencionar que, dependendo da sua estrutura, é possível utilizar um único TES para trabalhar com redes CA e CC dentro de uma rede inteligente. Com isso, esses dois campos de atuação demandam muito esforço de pesquisa entre indústria e academia. Figura 4. Aplicações do SST.

• Quanto ao arranjo dos conversores Levando-se em conta a limitação dos dispositivos semicondutores de potência e componentes magnéticos disponíveis atualmente, as categorias apresentadas acima devem ser dispostas em arranjos séries para aplicações em média e alta tensão caracterizando topologias multiníveis, ou arranjos paralelos para o compartilhamento adequado dos elevados níveis de corrente. Por essa razão, faz-se necessária outra classificação.

C. Aplicações dos TES

Os TES têm como finalidade substituir os transformadores convencionais de potência em aplicações de smart grids, do inglês, redes inteligentes, uma vez que estas exigem um controle inteligente do fluxo de potência de acordo com as caracA Figura 3 representa as princi- terísticas de carga e da geração dispais formas de arranjos das células tribuída. Praticamente, eles podem do TES. A Figura 3 (a) apresenta a herdar todas as aplicações em que abordagem direta, onde o conver- os transformadores convencionais sor do TES é projetado para suportar fossem necessários. Nessa seção são todo o esforço da tensão de entrada. apresentadas algumas de suas possíveis aplicações. Na Figura 3 [26] são utilizados A Figura 4 apresenta algumas diversos módulos no primário do TES para dividir a tensão de entrada aplicações clássicas, e algumas aplientre os módulos, sendo possível a cações nas quais se pretende usar o

3. Conversores Multiníveis Conforme supracitado na introdução, existem na literatura três topologias que são amplamente difundidas: NPC, FC e CHB. Estas topologias apresentadas na Figura 5 têm como objetivo dividir os esforços de tensão entre as chaves e reduzir a DHT (Distorção Harmônica Total) e WTHD (Weighted Total Harmonic Distortion), do inglês, distorção harmônica total ponderada) [27]. A Figura 5 (a) apresenta o conversor NPC de três níveis de tensão, o qual possui como principal vantagem a divisão dos esforços de tensão sobre os semicondutores quando com-

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Figura 5. Conversores multiníveis tradicionais.

acordo com a modulação da tensão na entrada [32].

Figura 6. Visão genérica de submódulo.

Uma de suas vantagens é a dispensabilidade de fontes individuais de alimentação e de transformadores de linha. Além disso, a sua modularidade permite outras vantagens [33]: parado a topologia ponte completa tradicional. O grampeamento de tensão nas chaves garante um esforço de tensão igual a metade da tensão de barramento. Todavia, esta estrutura apresenta como desvantagem a necessidade de controle de balanceamento da tensão dos capacitores de barramento se tornando mais complexa a expansão de níveis da tensão de saída [28]. As outras duas topologias, FC e CHB, apresentadas nas Figura 5 (b) e (c) apresentam características semelhantes: a redução do número de semicondutores, adição de capacitores e redução do desbalanceamento de tensão. Além disso, o FC apresentado na Figura 5 (b) pode operar com uma ampla variedade de modulações, ao contrário da topologia NPC, que permite apenas portadoras dispostas em níveis de tensão [29], porém apresenta um custo elevado devido ao fato de conter um maior número de capacitores. Já o CHB apresentado na Figura 5 (c), oferece maior controlabilidade e redundância dos módulos. Porém possui a desvantagem de exigir uso de transformador para alimentar suas entradas, devendo ser isoladas entre si, limitando assim sua aplicação [30]. A. Conversor Multinível Modular Os Conversores Multiníveis Modulares (CMM) podem ser enquadrados na grande família dos conversores MVD (Medium Voltage Drives) sendo uma alternativa aos conversores multiníveis tradicionais [31]. A família dos CMM é caracterizada pelo cascateamento de um grande número de submódulos de conversores. Estes submódulos ou células estão arranjados em grupos, denominados de módulos ou braços, que geram vários níveis de tensão na saída de

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a elevação do número de níveis de tensão na saída utilizando dispositivos de baixa tensão e baixa potência;

A Figura 7 apresenta alguns tipos de submódulos utilizados nos cona eliminação de filtro LC no versores CMM apresentados em [36] lado da rede ou circuitos tank e [37]. ressonantes no dobro da frequência da rede; Figura 7. Tipos de submódulos.

a possibilidade de os capacitores dos submódulos suportarem maiores valores de ondulação de tensão;

a desativação de um submódulo defeituoso, em caso de falha, mantendo o conversor em operação e aumentando a confiabilidade do sistema.

A Figura 7 (a) apresenta o submódulo básico composto por um Entretanto, as desvantagens estão no elevado número de compo- conversor meia ponte e um capanentes, resultando em uma maior citor como elemento armazenador complexidade do sistema de contro- de energia. Esta topologia, utilizada como submódulo, foi utilizada no le. primeiro trabalho divulgado no IEEE Geralmente, os conversores (Institute of Electrical and Electronics CMM são compostos por vários sub- Engineers) no qual o conversor CMM módulos idênticos, tais submódulos é proposto em [38]. são compostos por um elemento arA Figura 7 (b) apresenta a mesmazenador de energia e uma célula de comutação responsável por co- ma topologia de submódulo que a nectar e desconectar o elemento ar- Figura 7 (a), porém com a utilização mazenador de energia como mostra de um SCR para by-pass, caso seja necessário. Ambas as topologias são a Figura 6 (a). bidirecionais em corrente. A Figura Comumente é utilizado um capa- 7 (c) apresenta a topologia Doublecitor como elemento armazenador -Clamp-Submodule (submódulo dude energia como mostrado a Figura plo grampeado) que pode operar em 6 (a), porém algumas pesquisas suge- três quadrantes. rem o uso de indutores para tal fim A Figura 7 (d) apresenta uma to[34], como mostrado na Figura 6 (b). Há ainda alguns trabalhos indicando pologia meia ponte unidirecional em o uso de supercapacitores e baterias corrente. A Figura 7 (e) mostra a tocomo elemento armazenador princi- pologia ponte completa ou Full-Bridpal [35] tendo como objetivo o arma- ge que apresenta bidirecionalidade zenamento de grande quantidade de de corrente e tensão. energia, de modo que esta possa ser Por fim a Figura 7 (f) que mostra utilizada para compensar possíveis flutuações de potência ativa na gera- uma topologia composta por uma ponte completa de SCRs que possui ção local de energia.


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Figura 9. Classificação e terminologia da família de CCMM

Dentro desse contexto, o transcaracterística de fonte de corrente devido a utilização de um indutor formador de estado sólido (TES) apacomo elemento armazenador de rece como uma forma de se obter características, as quais são necessáenergia. rias, ou mandatórias atualmente, em Outros submódulos podem ser uma única estrutura com dispositivos utilizados nos conversores CMM, de potência e controle. dentre os quais se citam as topoloEste artigo fez uma introdução gias de conversores multiníveis com deste novo conceito de transformao NPC e FC apresentados em [39]. dores que tem aplicação direta para Desde a sua introdução em [37], geração distribuída, principalmente a topologia baseada na ligação de quando trabalhado com smart-grids. submódulos em cascata foi nomeada de “conversor multinível modular” AGRADECIMENTOS (do inglês “modular multilevel conAos membros do Grupo de Proverter”) (M2LC). cessamento de Energia e Controle Todavia, em [40], abrangeram- (GPEC) da Universidade Federal de -se outras estruturas de conversores Fortaleza (UFC) e a Universidade de “modulares em cascata”, apresen- Fortaleza (Unifor). tados em [33], [41], e propôs-se a REFERÊNCIAS classificação de uma família de conversores, denominando-a de conversor cascateado multinível modular [1] BBC. Ranking do consumo de ener(CCMM) ou (Modular Multilevel Cas- gia. 2012. Disponível em: <http:// www.bbc.co.uk >. cade Converter) (MMCC). A família CCMM é classificada de acordo com a disposição dos submódulos (estrela, delta, dupla-estrela ou tripla-estrela) e com a configuração da estrutura das células PWM (meia ponte ou ponte completa). A Figura 9 apresenta a classificação dos conversores CCMM no que tange a configuração de conexão entre os seus módulos e submódulos. 4. Considerações Finais Como verificado, recentes estudos vêm apontando o uso da eletrônica de potência em sistemas em altos níveis de tensão e corrente como uma solução para obter otimização, visando a compactação e/ou o aperfeiçoamento de aplicações tradicionais. 22

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ESTUDO DO DESEMPENHO DE RELÉS DIRECIONAIS NA PRESENÇA DE GERAÇÃO DISTRIBUÍDA EM SISTEMAS DE TRANSMISSÃO UTILIZANDO O SOFTWARE ATPDRAW Luis Henrique Pereira Vasconcelos1; Aryfrance Rocha Almeida2; Nelber Ximenes Melo3; José Genilson Sousa Carvalho⁴; Bartolomeu Ferreira dos Santos Júnior5.

RESUMO Os incentivos dos governos ao uso de fontes alternativas para a produção de anergia, a preocupação com o meio ambiente por parte da sociedade e o interesse das concessionárias de energia elétrica em reduzir as perdas nas linhas de transmissão e distribuição são os principais fatores que têm gerado um crescente aumento do uso de Geração Distribuída. Porém, a conexão dessas novas fontes causa diversas alterações no sistema elétrico que pode afetar o dimensionamento dos equipamentos, incluindo os dispositivos de proteção. Este trabalho realiza a verificação dos efeitos que a inserção de Geração Distribuída pode causar no desempenho dos relés de sobrecorrente direcionais e propõe uma metodologia para rejuste adaptativo dos mesmos de forma a minimizar esses efeitos. Foi realizada a modelagem de um sistema de transmissão no software ATPDraw com todos os seus elementos principais como fonte, cargas e linhas de transmissão. Em seguida, foram adicionados ao sistema quatro relés de sobrecorrente direcionais parametrizados de forma a garantir a proteção contra faltas nas linhas. Depois, com a adição de uma nova fonte de geração, foram observadas atuações erradas dos relés para situação normal de carga. Por fim, foram propostos novos ajustes paras os relés de acordo com a condição de operação da Geração Distribuída de forma a garantir que o sistema de proteção permaneça adequado para cada situação. Palavras-chave: Geração Distribuída; desempenho; relés; proteção; ATPDraw.

1. Introdução

sistemas não radiais, em que o fluxo da corrente de falta pode adquirir dois sentidos diferentes, os ajustes de corrente devem ser reavaliados quando uma nova fonte for inserida no sistema. Em [6] os autores mostram que uma alteração no fator de potência de uma geração distribuída afeta diretamente o fluxo de potência nas linhas de transmissão do sistema elétrico. De acordo com [8], existe a possibilidade da GD afetar a direcionalidade da corrente, mesmo quando o sistema estiver em estado Graduado – Universidade Federal do Piauí, Teresina,normal de operação, que é o caso Trabalhos como [2] e [12] disPiauí, eng.luishenrique14@hotmail.com correm sobre as principais consequ- quando a potência gerada pela GD é Doutor – Universidade Federal do Piauí, Teresina,Piauí, aryfrance@ufpi.edu.br ências que a conexão de geradores maior que o consumo local, fazendo Mestre – Universidade Federal do Piauí, Teresina,Piauí, distribuídos podem causar em siste- o fluxo de potência mudar de sentinelber@ufpi.edu.br Graduado – Universidade Federal do Piauí, Teresina,mas de distribuição. Já em [9] e [11], do. Sendo assim, devido a injeção de Piauí, eng.genilson@hotmail.com são apresentados os impactos da Ge- ativo (MW) e absorção ou injeção de Doutor – Universidade Federal do Piauí, Teresina,Piauí, ração Distribuída em alguns relés de reativo (MVar) pela GD, o ângulo da bartolomeuf@ufpi.edu.br proteção, como o aumento do tempo corrente pode se enquadrar na rede atuação dos relés gião de operação do relé, causando APESAR DOS RELÉS DIRECIONAIS SEREM de sobrecorrente e o operação indevida do mesmo. sub-alcance das zoUMA BOA SOLUÇÃO PARA SISTEMAS NÃO nas de atuação dos Este documento tem como objetivo analisar os efeitos da geração relés de distância. RADIAIS, EM QUE O FLUXO DA CORRENTE distribuída para a coordenação dos Apesar dos re- relés direcionais e propor novos ajusDE FALTA PODE ADQUIRIR DOIS SENTIDOS lés direcionais serem tes capazes de garantir que a proteDIFERENTES... uma boa solução para ção mantenha-se eficiente. da confiabilidade do sistema [1]. No entanto, a inserção de GDs em SisteA utilização da Geração Distribu- mas Elétricos de Potência (SEP) apreída (GD) vem crescendo nas últimas sentam algumas desvantagens. De décadas. Muitosinvestimentos estão acordo com [4], os principais impacsendo feitos em fontes renováveis tos da inserção de eração distribuída de energia por causa da preocupa- no sistema elétrico são: alteração dos ção global com o meio ambiente. níveis de curto-circuito; alteração da Além disso, diversas vantagens são distribuição de fluxos de potência; proporcionadas por esse modelo de dificuldade da regulação de tensão e geração, como diminuição de perdas, frequência; situação de ilhamento na diminuição do carregamento das li- ocorrência de uma falta; e, descoornhas e transformadores e aumento denação do sistema de proteção. 1. 2. 3. 4. 5.

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2. Metodologia O so�ware utilizado para as simulações foi o ATPDraw, que permite ao usuário a modelagem adequada de sistemas elétricos, reproduzindo com fidelidade a configuração elétrica real das redes, apresentando o unifilar em ambiente gráfico [5]. Inicialmente foi realizada a modelagem de um sistema de transmissão com linhas em paralelo de 138 kV. Em seguida foram adicionados quatro relés de sobrecorrente direcionais do tipo tempo definido coordenados para realizar a proteção das linhas de transmissão. As simulações realizadas neste trabalho não incluirão situações de curtocircuito, pois deseja-se investigar somente a atuação ou não dos relés em situação normal de carga. Portanto, foram verificados os valores de amplitude e ângulo das correntes que passam pelas linhas (registrados pelos relés) O gerador distribuído utilizado e também a atuação dos relés em sineste trabalho é uma máquina síntuação normal de carga. crona, que pode ser modelada simEstes mesmos dados foram anali- plesmente com uma reatância (subsados após a inserção de uma GD no -transitória) em série com a fonte de sistema para verificar se os ajustes tensão. Um valor típico da reatância dos relés continuam adequados para sub-transitória é 0,2 pu, calculados a realização da proteção do sistema. nas bases de 6,9 kV e 100 MVA [7]. Por fim, foram propostos novos ajusA potência aparente da GD é tes para os relés de forma a garantir a eficiência do sistema de proteção de 75 MVA e foi limitada através do considerando a GD inserida no circui- bloco LF_PQ. Este bloco do ATPDraw permite que sejam determinadas as to. potências ativa e reativas da GD. A. Modelagem do sistema no ATPO trasformador de acoplaDraw mento da GD foi modelado com A Figura 1 apresenta o diagrama o componente Hybrid Transforelétrico do sistema enquanto a Tabe- mer, onde é necessária a inserção la 1 apresenta a modelagem dos seus dos dados de entrada de tensão no primário e secundário, potênelementos básicos. cia nominal, conexão dos enrolamentos e valores de resistência e reatância em porcentagem, fornecidos na Tabela 3. O componente TACS FORTRAN1 controlará a abertura e o fechamento do disjuntor da GD (0 = aberto e 1 = fechado). A Figura 2 apresenta a modelagem da GD no ATPDraw.

fase, foi necesssária uma alteração do seu código MODELS para transformá-lo em um relé de proteção de fase,

substituindo, no código, as correntes e tensões de neutro por correntes e tensões de fase. Os parâmetros principais deste elemento são: tempo de disparo, corrente de ajuste (valor de pico) e ângulos que delimitam a região de operação. Em conjunto com o relé foi utilizado o componente TACS para acionamento do disjuntor conforme ilustrado na Figura 3.

Na Figura 4 é ilustrado todo o sistema modelado no ATPDraw coma GD inserida na barra B.

B. Parametrização dos relés direcionais sem a GD inserida no sistema

Os relés foram parametrizados de forma que o relé R1 fique coordeOs relés foram modelados a par- nado com o relé R4 e o relé R3 fique A Tabela 2 possui os valores dos tir do componente W1RELAY67N do coordenado com o relé R2. Assim, parâmetros utilizados para simulação ATPDraw, que simula o relé direcio- para uma falta que ocorra na linha das linhas de transmissão e das car- nal de neutro. Como neste documen- L2, R1 deverá atuar para a corrente to deseja-se analisar a proteção de que flui no sentido da barra A para a gas. RBS Magazine

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barra B e R2 deverá atuar como proteção primária para as correntes de falta que fluem no sentido inverso (da barra B para a barra A), retirando apenas a linha L2 de operação e permitindo que a carga 2 continue sendo alimentada pela linha L3.

cia. Escolheu-se para este trabalho sete valores de fator de potência da GD para a realização das análises. As Tabelas 6 e 7 contêm os resultados das simulações com a presença da GD para uma linha (L2) e duas linhas (L2 e L3) em operação, respectivamente. As Figuras 7 e 8 apresentam os sinais de corrente na linha L2 para o caso com duas linhas em operação e fator de potência igual a 0,8 atrasado e 0,8 adiantado, respectivamente.

O R3 será responsável pela proteção de retaguarda de L2 para uma situação de falha de R2. Os valores de ajustes dos relés R1 e R3 serão iguais, 3. Resultados e Discussões bem como os valores de ajustes dos relés R2 e R4. O tempo definido de Nestas Figuras, quando o sinal Foram analisados somente os diatuação de R2 e R4 será um valor arparos dos relés R1 e R2, pois as con- de corrente passa a permanecer em bitrário baixo de 0,1 s. clusões obtidas para estes relés são zero, significa que os relés acionaram Um valor típico de corrente de válidas para R3 e R4. A Tabela 5 con- o disjuntor. ajuste para R2 e R4 é 50% da corrente tém os valores das simulações antes nominal da carga 2. Para os relés R1 e da inserção da GD na barra B enquanR3, o tempo definido de atuação es- to as Figuras 6 e 7 mostram os sinais colhido será igual a 0,5 s, o que dará das correntes na linha L2 para os dois uma margem de coordenação fixa de casos da Tabela 5. Nota-se que não 0,4 s para faltas em qualquer ponto houve disparos dos relés para condidas linhas L2 e L3. A corrente de ajus- ção normal de carga, como esperado. te destes relés será igual a corrente Ressalta-se que antes os relés foram nominal da carga 2 multiplicada por devidamente testados para diversas um fator de sobrecarga de 1,2. Os va- faltas aplicadas nas linhas. lores de corrente utilizados na parametrização dos relés correspondem a valores de pico, já que os componentes do ATPDraw que simulam estes equipamentos trabalham com este tipo de grandeza. O próximo passo é a configuração da região de operação dos relés. Essa região será delimitada por dois ângulos: α e β. Isso significa que se o ângulo da corrente for maior que α e menor que β, ele estará na região de operação. Escolheu-se a característica 90º-45º para a configuração dos relés. Sendo assim, o ângulo de máxima sensibilidade é -45º e os ângulos que limitam a região de disparo direcional dos relés serão α = - 135º e β = 45º. Todos estes critérios de ajustes podem ser vistos em [10]. A Tabela 4 apresenta os ajustes utilizandos nos relés.

De acordo com [3], os geradores síncronos operam com um fator de potência que pode variar entre 0,8 A Figura 5 apresenta a região de atrasado e 0,8 adiantado. Através do operação dos relés, indicando os ân- bloco LF_PQ foi possível controlar a gulos que a limitam (α e β) e o ângulo potência da GD e assim trabalhar com diferentes valores de fator de potênde máximo torque (AMT).

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para encontrar novos ajustes para os relés que poderão ser utilizados na proteção adaptativa, tornando o sistema de proteção mais confiável.

É possível observar que os relés R1 e R3 atuaram erroneamente para fatores de potência adiantados. Por haver um maior fluxo de potência na linha L2, a amplitude da corrente atinge um nível maior do que o valor de ajuste. Além disso, a injeção de potência ativa e a absorção de potência reativa por parte da GD fazem com que o ângulo da corrente se enquadre na região de operação destes relés. Os relés R2 e R4 dispararam de forma errada para fatores de potência atrasados ou igual a 1. Isso por que o fluxo de potência agora pode fluir no sentido da barra B para a barra A, o que não ocorria sem a presença da GD. Além disso, a injeção de potência ativa e reativa por parte da GD fazem com que o ângulo da corrente se enquadre na região de operação destes relés.

Os relés R2 e R4 precisarão somente de dois ajustes: um considerando o caso sem GD e outro para a GD em operação com fator de potência atrasado ou igual a 1. Os relés R1 e R3 deverão possuir três ajustes diferentes: um sem GD, um para GD com fator de potência adiantado e o último para GD com fator de potência atrasado ou igual a 1. Isso por que, mesmo sem atuarem para o caso com fator de potência atrasado ou igual a 1, a corrente de ajuste de R1 e R3 deve ser aumentada para um valor acima do ajuste de R2 e R4, de forma a garantir a seletividade.

Para o caso com fator de potência adiantado, é preciso corrigir os ajustes somente de R1 e R3. Para realizar a correção dos parâmetros destes relés sem que sejam alteradas as correntes de pick-up, evitando assim uma modificação na sensibilidade da proteção, a região de operação deve ser modificada a ponto de não enquadrar os ângulos de corrente detectados por R1 segundo as Tabelas A. Ajuste dos relés considerando a 6 e 7 e incluir o ângulo característico das linhas de transmissão, que é -59º, GD. garantindo a atuação dos relés para Uma solução possível e eficaz curto-circuitos nas linhas. Portanto, para essas mudanças causadas por os novos valores de α e β serão : α = geradores distribuídas é uma técnica chamada proteção adaptativa, que permite a realização de ajustes no sistema de proteção com o objetivo de torná-lo mais adequado às condições variáveis do sistema elétrico. Os relés atuais permitem a configuração de vários conjuntos de ajustes de proteção, chamados de grupos de ajustes. que podem corresponder a diferentes situações operacionais ou topológicas às quais a rede de distribuição pode ser submetida [1]. Neste trabalho será proposta uma metodologia

UMA SOLUÇÃO POSSÍVEL E EFICAZ PARA ESSAS MUDANÇAS CAUSADAS POR GERADORES DISTRIBUÍDAS É UMA TÉCNICA CHAMADA PROTEÇÃO ADAPTATIVA... 32

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80º e β = 70º. A Figura 9 mostra essa nova região de operação. Para o caso com fator de potência atrasado ou igual a 1, as correções de ajustes devem ser feitas inicialmente em R2 e R4. No entanto, através das Tabelas 6 e 7, nota-se que não há possibilidade de realizar uma nova parametrização modificando somente região de operação destes relés. Isso por que não é possível obter uma nova região que não enquandre os ângulos de corrente em que houve atuação errada e inclua o ângulo característico dos curto-circuitos nas linhas de transmissão. Sendo assim, mantendo-se a mesma limitação da região de operação, foi necessário alterar a corrente de ajuste para ser igual a corrente máxima que a GD é capaz de fornecer à carga 1 multiplicado por um fator de segurança de 1,2. Esse valor foi calculado e encontrou-se 533 A. Para que o sistema não perca a seletividade, é necessário que as correntes de ajuste dos relés R1 e R3 também sejam alteradas para um valor um pouco acima de 533 A. Optou-se por escolher uma corrente de 586 A (110% de 533 A). A Tabela 8 mostra os grupos de ajustes

dos relés para cada caso considerando a GD. Utilizando esses novos valores de ajustes para os relés, foram realizados diversos testes com curto-circuitos e em carga normal e os relés tiveram um comportamento correto para cada situação. As Figuras 10 e 11 apresentam os sinais de corrente na linha L2, para o caso com duas linhas em operação e fator de potência igual a 0,8 atrasado e 0,8 adiantado, respectivamente.


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estratégicas de proteção adaptativa que sejam capazes de utilizar os ajustes adequados para cada situação na qual o sistema elétrico pode operar.

[5] FILHO, J. A.; PEREIRA, M. P. “Novos Desenvolvimentos dos Programas ATP/EMTP e ATPDraw,” XVI SNTPEE, Campinas / SP, outubro/2001.

AGRADECIMENTOS

[6] JENKINS, N. et al. Embedded generation. London, United Kingdom: IET, Power and energy series, 2000.

Agradecemos à Universidade Federal do Piauí (UFPI), ao Departamento de Engenharia Elétrica – UFPI e ao Programa de Educação Tu4. Considerações Finais torial (PET POTÊNCIA) pela parceira e Neste artigo verifica- se que a apoio ao desenvolvimento desta pesinserção de Geração Distribuída em quisa. sistemas elétricos pode afetar o desempenho dos relés de sobrecorrente direcionais, fazendo com que estes atuem em situações normais de carga, o que faz com que o sistema de REFERÊNCIAS proteção perca suas características [1] BITTENCOURT, A. A. Proteção adaptativa e alimentadores de distride seletividade e confiabilidade. Apesar deste tipo de relé ser uma boa solução para sistemas não radiais, seus ajustes devem ser refeitos considerando a nova fonte de energia e suas condições de operação. Assim, é proposto um método de reajustes dos relés que possam ser usados na proteção adaptativa de forma a garantir que o sistema de proteção mantenha sua confiabilidade e seletividade sem perder sua sensibilidade. Os novos ajustes são testados e mostram-se adequados para cada situação analisada. Conclui-se que existe uma necessidade de reavaliação da parametrização dos relés direcionais de sobrecorrente quando uma nova fonte de geração é adicionada a um sistema de potência. Faz–se necessário também o desenvolvimento de novas

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buição de energia elétrica considerando geração distribuída. Dissertação (Mestrado)—Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Florianópolis, 2011. [2] BRITTO, T. M. de et al. Distributed generation impacts on the coordination of protection systems in distribution networks. In: Transmission and Distribution Conference and Exposition: Latin America. São Paulo, Brasil: IEEE/PES, 2004. p. 623–628. [3] CHAPMAN, S. J. Fundamentos de máquinas elétricas. 5. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013. [4] CHOI, J. H. et al. Adaptive protection schemes of distributed generation at distribution network for automatic reclosing and voltage sags. In: Sustainable Energy Technologies. Singapore: IEEE International Conference, 2008. p. 810–815.

[7] KUNDUR, P. Power System Stability and Control. New York: McGraaw-Hill, 1994. [8] LOPES, J. A. P. Integration of dispersed generation on distribution networks-impact studies. In: Power Engineering Society Winter Meeting. New York, USA: IEEE, 2002. [9] LUIZ, C. M. Avaliação dos Impactos da Geração Distribuída para Proteção do Sistema Elétrico. Dissertação (Mestrado) — Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), Belo Horizonte, 2012. [10] RUSH, P. Proteção e Automação de Redes: Conceito e Aplicação. 1a. ed.: Edgard Blücher, 2011 [11] SILVA JUNIOR, E. C. Geração Distribuída: Uma Revisão Bibliográfica das Formas de Acesso e dos Impactos na Proteção. Dissertação (Mestrado)—Universidade Federal do Vale do São Francisco - UNIVASF, Juazeiro, 2017. [12] THONG, V.V.; DRIESEN, J.; BELMANS, R.;Dispersed Generation Interconnection and Its Impact on Power Loss and Protection System. Universities Power Engineering Conference, 2007.


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DESENVOLVIMENTO DE UMA PLATAFORMA DE INVERSOR MONOFÁSICO, GRID TIE, PARA PRODUÇÃO INDIVIDUAL DE ENERGIA ELÉTRICA Rosemberg Braga de Sousa(1); Luiz Daniel dos Santos Bezerra(2) Bolsista(1); IFCE, campus Maracanaú; rbs41010@gmail.com Orientador(2); IFCE, campus Maracanaú; Daniel.bez.ifce@gmail.com

RESUMO Com a mudança na legislação para instalação de mini e micro geração de energia, e a introdução do sistema de compensação por parte das concessionárias [7], gerou-se incentivo para aquisição e instalação de equipamentos para geração fotovoltaica em residências. Vê-se agora a necessidade de criar tecnologia nacional para produção de inversores que atendam essa faixa de produção para residências, e que atenda aos requisitos legais impostos pelas normas da ANEEL e das concessionárias [5]. O inversor proposto atende a essas normas, como limite de fator de potência e proteção de equipamento, faltando realizar testes mais precisos para atendimento das normas para detecção de ilhamento. Palavras-chave: Inversor, Geração distribuída, Sistemas fotovoltaicos, Ilhamento.

1. Introdução

til, podendo ser utilizada tanto para conversão CC-CC como CC-CA, como A partir da aprovação da Resolu- é aplicada no caso dos inversores ção Normativa ANEEL 489/2012 [4], monofásicos fotovoltaicos (TEODOatualizada na RN ANNEL 687/2015 RESCU; LISERRE; RODRIGUÉS, 2011). [5], a introdução de geração por Conforme mostrado na Figura parte de pequenos consumidores ficou mais viável. Essa aprovação veio 1, a topologia possui quatro chaves como forma de impulsionar a ins- (dois braços), que devem ser adetalação de mini e micro gerações, e quadamente controladas, de forma a prevê que até 2030, 2,7 milhões de permitir que a saída possua a menor consumidores tenham uma geração DHT (Taxa de Distorção Harmônica) paralela a concessionária [7]. Com possível. Para isso, foi utilizada a meo sistema de compensação, a insta- todologia de modulação por largura lação de um sistema de geração em de pulso do tipo chaveamento uniporesidência, por exemplo, dispensaria lar (HART, 2012). o uso de baterias. Para isso, o desenNessa metodologia de PWM, utivolvimento de tecnologia em inversores de frequência GRID TIE é fun- liza-se um sinal portador senoidal, damental, de forma que este possa e uma referência triangular para a atender os requisitos de segurança e comparação. No método usado no qualidade impostos por normas, bem conversor, o “braço” que possui as como oferecer custo-benefício favo- chaves S1 e S2 comutam na frequrável aos consumidores residenciais. ência do sinal de referência (alta freSerá proposto o projeto e construção quência), enquanto as chaves S3 e de um inversor GRID TIE monofásico, S4 comutam na frequência da rede de ponte completa, com potência de elétrica, mesma frequência do sinal 1000W, ideal para sistemas residenciais e comerciais com 3-6 placas solares. 2. Metodologia A. Topologia do inversor Primeiramente, foi selecionada a topologia Full-Bridge (ponte completa) como estrutura básica do conversor. Essa topologia é bastante versá-

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Figura 1 – Topologia básica Full-Bridge conectada à rede. Fonte: Grid Converters for Fotovoltaic and Wind Power Systems, Wiley, 2011.

portador. As chaves que comutam em baixa frequência são as que possibilitam acompanhar o sinal positivo e negativo da rede elétrica, enquanto as de alta frequência controlam a quantidade de energia, assim modelando seu sinal na saída. B. Sincronia com a rede elétrica Para que a entrega de corrente pelo inversor seja realizada de forma sincronizada à rede elétrica, foi utilizado o método proposto em [1]. A sincronização é necessária para garantir alto fator de potência exigido pela norma, e que realmente o inversor consiga injetar potência na rede. A utilização de sincronizadores analógicos, ou com filtros de segunda ordem, mesmo discretizados, podem não ter um bom funcionamento devido a distorção harmônica do sinal de tensão da rede. O uso desses métodos de forma digital pode ainda gerar distorções no sinal de resposta e ter alto consumo computacional por parte do processador. Assim, o método proposto em [1] utiliza um controlador ressonante para compensar as harmônicas presentes no sinal de tensão, e pode ser usado como base para implementar um filtro para sinal vindo de um transformador abaixador, como é utilizado. O sinal senoidal apresentado na Figura 2 é retirado da rede, passan-


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Figura 2 – Sinal da rede elétrica (verde) e sinal de detecção de passagem pelo zero - Fonte: Autor

do pelo filtro discreto implementado no DSP. O sinal de resposta do filtro será a senóide de referência. Os zeros identificados desse sinal serão a base para cada meio ciclo da rede. Com esse método, há garantia bem maior do sinal de referência do zero ser realmente o zero da rede, quando o inversor for instalado em locais com alto taxa de distorção na rede, como próximo a indústrias. O sinal quadrado, mostrado na Figura 2, a cada estágio de subida e descida, sincroniza o sinal do PWM senoidal com o da rede, ajudando não só a modelar o formado de onda da corrente injetada, como a fase do sinal com a tensão da rede. A fase do sinal irá determinar se o inversor está injetando ou consumindo potência da rede elétrica.

4. Considerações finais equipamentos, sendo a carga máxima definida pela potência instanO conversor mostrou-se adetânea gerada. O método também usa um controlador ressonante com quado para o uso em residências de pequeno e médio porte, de forma compensação de harmônicas. a instalar micro gerações para até cinco painéis. Apresenta resultados D. Periféricos satisfatórios de fator de potência. A estrutura também é composta Será necessário realizar testes mais de alguns periféricos necessários ao precisos nas rotinas de detecção de funcionamento, como, por exemplo, ilhamento e modelagem do sinal de uma fonte flyback com 5 saídas, para tensão para carga de forma isolada a alimentar os níveis CC que são neces- rede elétrica. sários para o funcionamento autônomo. Também, possui um visor LCD, REFERÊNCIAS onde são apresentadas informações [1] SERA, D. et al. Low-cost digital imde tensão e corrente RMS, e valor de plementation of proportional-resonant potência entregue a rede. Também, current controllers for PV inverter applipossui um circuito de isolamento cations using delta operator. 31st Annual para levar o sinal da rede e fazer a Conference of IEEE Industrial Electronics sincronia e leitura do seu status. Society, 2005. IECON 2005., [S.l.], v. 1, n. 3. Resultados e Discursões A partir das técnicas apresentadas anteriormente, foi montado um protótipo do equipamento. Utilizando 5 placas solares em série, foi ligado o conversor à rede e através de um osciloscópio e wa�metro, extraído alguns resultados.

A sincronia do sinal de corrente e tensão da rede observada na Figura 3 justifica o valor do fator de potência A senóide usada no PWM é mon- alcançado pelo conjunto, valor que tada a partir de tabela dos valores pode ser observado na Figura 4. de seno entre 0 e 90. Para os outros quadrantes de referência, é apenas realizada a manipulação do sinal algébrico. C. Condição de Ilhamento Para a situação de ilhamento, é aplicada uma metodologia de controle similar a utilizada com o conversor interligado à rede. Para isso, o inversor utiliza métodos ativos de detecção de ilhamento, injetando um sinal a rede por meio de realimentação positiva. Isso permite o inversor detectar o desligamento da rede pela concessionária, por exemplo, se desligar da rede, e alimentar apenas o circuito interno, por meio de diferenças de frequência, tensão, ou da leitura de potência ativa. Após a detecção da condição de ilhamento, o controle é responsável por manter a tensão padrão dos 40

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Figura 3 – Tensão da rede (verde), corrente injetada (amarelo), e tensão das placas (azul) Fonte: Autor.

Figura 4 – Dados obtidos por meio de wattímetro, durante injeção de corrente à rede elétrica - Fonte: Autor.

1, p.2517-2522, 2005. Anal. IEEE. (SERA et al., 2005)

[2] TEODORESCU, Remus; LISERRE, Marco; RODRIGUÉS, Pedro. Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power Systems. Chichester: Wiley, 2011. [3] HART, Daniel W.. Eletrônica de potência: Análise e projetos de circuitos. Porto Alegre: Artmed, 2012. [4] Resolução Normativa Nº 482, de 17 de abril de 2012 – “Acesso de micro geração e mini geração distribuídas aos sistemas de distribuição de energia elétrica e o sistema de compensação de energia elétrica”, AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, ANEEL, Abril de 2012; [5] Resolução Normativa N° 687, de 24 de novembro de 2015 – “Altera a Resolução Normativa N° 482, de 17 de abril de 2012, e os Módulos 1 e 3 dos Procedimentos de Distribuição – PRODIST”, AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, ANEEL, Novembro de 2015; [6] VIEIRA JUNIOR, José Carlos de Melo. Detecção de ilhamento de geradores distribuídos: uma revisão bibliográfica sobre o tema. Revista Eletrônica de Energia, Salvador, v. 1, n. 1, p.3-14, jul./dez. 2011. Semestral. [7] Notícias: “Brasil lança Programa de Geração Distribuída com destaque para energia solar” http://mme.gov.br/web/ guest/pagina-inicial/outras-noticas/-/ asset_publisher/32hLrOzMKwWb/content/programa-de-geracao-distribuida-preve-movimentar-r-100-bi-em-investimentos-ate-2030, acessado em agosto de 2017.


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Geração Distribuída poderá ser responsável por 10% da matriz energética brasileira até 2030 Atualmente o Brasil ocupa a 30ª colocação no ranking mundial de nações com maior potencial em instalações de energia solar

U

m estudo desenvolvido pela Bloomberg New Energy Finance no último mês mostra que a produção de energia elétrica a partir da energia solar fotovoltaica está em um crescimento expressivo e que até 2040 este tipo de produção deve se tornar 32% da matriz energética no mundo. No Brasil, uma pesquisa realizada pela Empresa de Pesquisa Energética (EPE) adianta que a produção de energia solar será responsável por 10% de toda a produção até 2030. Esse avanço faz com que cada vez mais o país se aproxime de países com investimentos em energia renovável, chegando a ser o 30º no ranking geral das nações com maior potência instalada em energia solar fotovoltaica. O crescimento expressivo está movimentando as empresas que trabalham no setor. Cada vez mais tecnologias estão sen-

do desenvolvidas e colocadas no mercado para utilização. Atualmente a matriz energética brasileira possui 166,6 GW de capacidade instalada somando todas as fontes de geração, o que faz com mais investimentos na área se destaquem e ganhem força no Brasil.

Diante deste crescimento e do cenário atual da produção de energia através da Geração Distribuída com fontes renováveis é que o primeiro Fórum GD - Região Sudeste acontecerá em fevereiro de 2019. Confirmado para os dias 20 e 21, o Fórum acontecerá em Belo Horizonte, em Minas Gerais e irá receber especialistas para debater o setor e quais suas perspectivas para os próximos anos.

As inscrições já estão abertas e podem ser realizadas através do site no evento na internet:

www.forumgdsudeste.com.br

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RBS Magazine ED. 25  

• Considerações sobre baterias lítio-íon • Análise do setor elétrico brasileiro x geração distribuída • Trabalhos técnicos CBGD 2018

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