Controle de tensão local para redes de baixa tensão com alta presença de geração fotovoltaica

Abstract

Um alto número de instalações fotovoltaicas residenciais conectadas em redes de baixa tensão pode resultar em problemas de qualidade da energia como, por exemplo, a sobretensão. Nessas circunstâncias, se métodos de controle de tensão não forem aplicados, o número de instalações fotovoltaicas na rede elétrica terá que ser limitado a fim de garantir valores adequados de ten-são. Na literatura especializada diversas estratégias de controle de tensão para redes de baixa tensão têm sido propostas. Entre essas estratégias, aquelas que utilizam inversores e informa-ções locais (e.g., a tensão no ponto de conexão desses inversores) para realizar o controle de tensão são mais econômicos e apresentam um tempo de resposta rápido. Neste trabalho, um método de controle local é proposto a fim de mitigar problemas de sobretensão. O método proposto considera duas ações de controle: absorção de potência reativa e redução da potência ativa. O primeiro controle é o controle principal, e depende da tensão e da potência ativa pro-duzida. O segundo controle é baseado somente na tensão, e é ativado quando a tensão supera um valor máximo preestabelecido. Adicionalmente, o método proposto pode participar na re-gulação de tensão frente a problemas de subtensão através da injeção de potência reativa. Uma abordagem estocástica que considera as incertezas da localização e a capacidade dos sistemas fotovoltaicos é utilizada para avaliar o método proposto. A proposta é aplicada em uma rede de baixa tensão real, longa, trifásica a quatro fios. As simulações são realizadas com uma hora de resolução para o dia com maior irradiância solar e considerando vários níveis de inserção dos sistemas fotovoltaicos na rede. Os resultados mostram a vantagem do método proposto para mitigar a sobretensão quando comparado com métodos de controle similares. Portanto, o método proposto permite a instalação de um maior número de sistemas fotovoltaicos na rede sem resultar em problemas de tensão.

A high number of residential photovoltaic system connected to low-voltage networks could result in energy quality problems, for instance, the overvoltage. In these circumstances, if voltage control methods are not applied, the number of photovoltaic installation in the network will be limited in order to guarantee acceptable voltage values. In the specialized literature several voltage control strategies for low-voltage networks have been proposed. Among them, those that use inverters and local information (e.g., voltage at the connection point of those inverters) to perform the voltage control are more economic and exhibit a fast response time. In this work, a local voltage control method is proposed in order to mitigate overvoltage problems. The proposed method considers two control actions: reactive power absorption and active power reduction. The first one is the main control, and it is dependent on voltage and generated active power. The second control is based only on voltage, and it is activated when the voltage surpasses a maximum pre-established value. Furthermore, the proposed method can also offer the voltage regulation support in under-voltage conditions through the reactive power injection. A stochastic approach that considers uncertainties in location and capacity of PV systems is used to evaluate the proposed method. The proposal is applied in a real, extensive, three-phase fourwire low-voltage network. Simulations are performed each hour for the day with the highest solar irradiance and considering several levels of photovoltaic systems insertion in the network. The obtained results show the advantage of the proposed method to mitigate the overvoltage when compared with similar voltage control methods. Therefore, the proposed method allows the installation of a larger number of photovoltaic systems in the network without resulting in voltage problems.