Análise e controle da tensão em redes elétricas com instalações fotovoltaicas

Abstract

Na busca de soluções inovadoras para atender o aumento da demanda de consumo de energia elétrica, as fontes de energia de natureza fotovoltaica tem sido um dos principais pilares deste seguimento. São fontes intrinsicamente renováveis e o impacto sobre o meio ambiente resultante dos processos de produção de energia elétrica é praticamente desprezível, contribuindo de forma inequívoca para a sustentabilidade do planeta. Neste cenário, a expansão das aplicações de geradores fotovoltaicos é notável em praticamente todas as regiões industrializadas no mundo e, em alguns casos, já representa uma parcela significativa dos insumos energéticos de países desenvolvidos e em desenvolvimento. Apesar dos benefícios proporcionados pelo crescente uso desta tecnologia, em geral, as redes elétricas de distribuição de energia em operação, não foram planejadas para incorporar esta geração distribuída, em larga escala. Estudos recentes revelam que 10% de penetração de sistemas fotovoltaicos em relação a demanda da rede já pode causar impactos relevantes sobre o comportamento do sistema elétrico, sobretudo no tocante à regulação de tensão. Neste contexto, este trabalho tem por meta investigar as condições operacionais de redes de distribuição de energia, sob a influência de sistema fotovoltaico com relação aos impactos produzidos no perfil de tensão dos alimentadores. Assim, na perspectiva dos diferentes procedimentos convencionais utilizados para adequação dos níveis de tensão, discute-se a aplicabilidade de algumas possíveis soluções, tendo como premissa o comportamento da relação R/X nos ramais de média e baixa tensão. Para tanto, adota-se uma planta fotovoltaica real, como referência para os estudos de simulação digital, onde são aplicados os procedimentos de compensação de tensão. Como resultados, apresenta-se uma avaliação comparativa das soluções propostas, tendo como foco os ganhos energéticos auferidos mediante o controle da tensão, bem como suas respectivas limitações operacionais e demais impactos causados sobre a rede elétrica.

In the search for innovative solutions to meet the increasing demand for electricity consumption, photovoltaic energy sources have been one of the main pillars of this follow-up. They are intrinsically renewable sources and the impact on the environment resulting from the processes of electric power production is practically negligible, contributing unequivocally to the sustainability of the planet. In this scenario, the expansion of photovoltaic applications is notable in practically every industrialized region in the world, and in some cases already represents a significant share of the energy inputs of developed and developing countries. Despite the benefits provided by the growing use of this technology, in general, power distribution networks in operation were not planned to incorporate this distributed generation on a large scale. Recent studies show that 10% penetration of photovoltaic systems in relation to the demand of the grid can already have a significant impact on the behavior of the electrical system, especially in relation to voltage regulation. In this context, this work aims to investigate the operational conditions of power distribution networks under the influence of photovoltaic system in relation to the impacts produced on the voltage profile of the feeders. Thus, in the perspective of the different conventional procedures used to adjust the voltage levels, the applicability of some possible solutions is discussed, based on the R / X ratio behavior in the medium and low voltage branches. For this, a real photovoltaic plant is adopted, as reference for the digital simulation studies, where the voltage compensation procedures are applied. As results, a comparative evaluation of the proposed solutions is presented, focusing on the energy gains obtained through the voltage control, as well as their respective operational limitations and other impacts caused on the electric grid.