:: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica da UFBA ::

 |  Português Este site em português  |  English This site in english  |  Español Este sitio en español

 

 

Aumentar o tamanho do texto Diminuir o tamanho do texto Imprimir página atual

Sistemas de Potência

 

Esta linha de pesquisa é caracterizada pelas atividades de ensino e pesquisa relacionadas com a concepção e implementação de sistemas para geração, transmissão, distribuição e processamento de grandes volumes de energia elétrica, bem como a solução de problemas relacionados a essas atividades.

Os projetos de pesquisa ativos são os seguintes; 

Geração Distribuída em Redes de Média e Baixa tensão: Microrredes, Estabilidade da Operação e Qualidade de EnergiaResponsáveis: Fabiano Fragoso Costa, José Renes Pinheiro e Daniel Barbosa.

Os sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEEs) têm passado por profundas mudanças que abrangem o aumento de unidades de geração distribuída e a modernização da infraestrutura de comunicação e medição, conduzindo a processos automatizados mais eficientes, caracterizando as chamadas Redes Inteligentes. Modernos SDEEs devem acomodar geração distribuída (renovável ou não e elementos de armazenamento de energia que podem operar isoladamente ou como uma unidade de despacho de potência. Um SDEE com tal característica operativa é conhecido como microrrede, e sua importância têm crescido por facilitar a conexão de fontes de energia renováveis, como sistemas fotovoltaicos ou eólico, à rede de distribuição de energia elétrica.

Uma microrrede é um sistema elétrico em pequena escala formado por fontes de energia, cargas e elementos de armazenamento de energia que pode operar isoladamente ou como uma unidade de despacho de potência. A interface entre as fontes e a microrrede é realizada por meio de inversores de potência. Um dos desafios técnicos enfrentado por agentes da rede elétrica e pesquisadores da área é a concepção de sistemas de controle estáveis em situações em que dois ou mais inversores operam em paralelo na microrrede. Aqui o termo Geração Distribuída (GD) é empregado à geração proveniente de painéis fotovoltaicos ou sistemas eólicos conectados à rede distribuição de média ou baixa tensão operando ou não em microrrede.

Esses sistemas de geração podem aumentar a confiabilidade do suprimento de energia elétrica, prover suporte de tensão, reduzir as perdas por efeito Joule, entre outros benefícios. Por outro lado, a conexão massiva de fontes geradoras pode provocar sobretensões, causando danos a consumidores e prejudicando a Qualidade da Energia Elétrica (QEE). Estes fatos vêm impulsionando pesquisas recentes sobre estratégias para mitigar possíveis problemas de QEE causados pela geração distribuída, incluindo o estudo da operação dos inversores utilizados na interface entre os diferentes tipos de geração e os SDEEs. Devido ao perfil de geração intermitente de GDs, ocorrem rápidas variações de tensão em SDEEs com grande participação desses tipos de geradores. Essas variações podem violar os limites de tensão normativos, porém podem não ser corrigidas em tempo hábil pelos reguladores de tensão instalados ao longo dos alimentadores, devido a sua atuação lenta (da ordem de dezenas de segundos). Além disso, essas variações de tensão podem provocar o aumento do número de chaveamentos de taps dos dispositivos reguladores automáticos de tensão, assim como o aumento do chaveamento de bancos de capacitores automáticos e a desestabilização dos algoritmos de controle dos inversores, sendo estes efeitos são indesejáveis. Assim, considerando o cenário futuro em que os sistemas de distribuição possuirão uma alta penetração de GDs, será importante que o operador da rede possua informações quanto ao fluxo de carga, uma vez que em períodos de elevada irradiação solar e baixo carregamento, poderá ocorrer a inversão do fluxo de potência da rede de baixa para a de média tensão, causando sobrecarga de transformadores, elevação das perdas e problemas na regulação de tensão. Essas condições exigirão a revisão dos estudos de coordenação da proteção, bem como novos reforços na rede secundária e novos investimentos em algoritmos de sincronização e de controle dos inversores, de modo a garantir a estabilidade e a correta operação do SDEE.

Os desafios da expansão da GD vão além de aspectos técnicos. A legislação associada às GDs está em franca discussão no setor elétrico Brasileiro, principalmente no que tange às regras estabelecidas para a micro e minigeração distribuída e aos subsídios embutidos no atual sistema de compensação da energia em vigor, inclusive com a abertura da Consulta Pública 25/2019 sobre Geração Distribuída pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL). Este debate surge devido à preocupação com sustentabilidade econômica do setor elétrico, pois mesmo com as projeções da inserção de GDs, a ANEEL não considerou essa evolução nas tarifas aos consumidores. Tais fatos ainda são agravados se considerado que a instalação de GDs pode não trazer os benefícios esperados de redução de perdas e de adiamento de investimentos na rede pela concessionária, pois estes ganhos dependem do índice de penetração da GD na rede elétrica. Isso é importante porque as distribuidoras são incentivadas a reduzirem perdas técnicas, estando sujeitas a penalizações financeiras, caso não atinjam metas previstas. Assim, há diversos estudos sobre perdas técnicas frente à inserção das GDs na rede distribuição, visando entender quais os limites de penetração e as melhores práticas de operação sem que haja depreciação na eficiência das redes. Neste projeto de pesquisa é feito o estudo dos impactos da GD em sistemas de distribuição, considerando as redes de média e de baixa tensão, e a proposição de estratégias para melhorar os controladores dos inversores e para operar os dispositivos reguladores de tensão, bem como os sistemas de proteção associados, visando mitigar potenciais impactos negativos. Além disso, uma avaliação quanto às perdas elétricas nas diferentes formas de operação da geração também será verificada.

O principal objetivo deste projeto é investigar, avaliar e propor novas abordagens e métodos para mitigar possíveis impactos negativos decorrentes da massiva instalação de GDs nas redes de média e de baixa tensão. Os fatores considerados serão: regulação de tensão, perdas elétricas, desequilíbrios de tensão e de corrente, coordenação dos sistemas de proteção, e proteção anti-ilhamento dos inversores. Além disso, é considerada também a presença de uma infraestrutura avançada de medição para aquisição de medidas de tensão, corrente e fluxo de potência. As contribuições estão voltadas em identificar problemas referentes aos diversos fatores supracitados e formulá-los de detalhadamente, de forma que possam ser aplicadas diferentes abordagens para solucioná-los. Essas abordagens envolverão desenvolvimentos analíticos, otimização usando metaheurísticas, técnicas de inteligência artificial e mineração de dados. Todas as soluções e estratégias desenvolvidas focarão na garantia da manutenção da qualidade da energia elétrica, manutenção da coordenação da proteção e seletividade do SDEE e no aumento da eficiência na distribuição da energia elétrica.

O desenvolvimento de métodos de análise para redes de distribuição com geração distribuída é uma busca contínua e complexa, uma vez que requer conhecimentos multidisciplinares em várias áreas de Sistemas Elétricos de Potência e Eletrônica de Potência. Tal fato é observado quando se verifica que a geração distribuída influencia escolasticamente as tensões nodais em regime permanente, a regulação de tensão, as perdas elétricas, o desequilíbrio de tensões e de correntes, as distorções harmônicas, bem como as funções e os equipamentos do sistema de proteção associado às redes de distribuição, seja o SDEE operando em microrrede ou não. Nesse cenário, no qual os impactos e as soluções da geração distribuída ainda estão sendo avaliados, esse projeto se insere com o intuito de propor novos métodos cujos resultados possibilitem uma orientação às distribuidoras e aos proprietários de geradores distribuídos para que a expansão da geração solar fotovoltaica não comprometa o desempenho das redes de distribuição de energia elétrica em que estão conectados. Adicionalmente, esse projeto propõe investigar técnicas de projeto que assegurem a operação estável de inversores conectados à uma microrrede. Para tanto, nesta pesquisa, técnicas de aferição de estabilidade e de projeto de controladores baseadas no domínio da frequência serão investigadas e aplicadas em inversores atuando em diferentes modos de operação. Uma das vantagens dessa abordagem é a facilidade de sua aplicação em tempo real, com os inversores conectados à microrrede. Essa possibilidade é bastante conveniente uma vez que existem conversores complexos ou sem dados suficientes para serem modelados analiticamente.

Também se pretende investigar o impacto dos algoritmos de sincronização baseados em malha de captura de fase (PLL) na estabilidade dos inversores, já que esses algoritmos são vastamente utilizados nos sistemas de controle dos inversores. Este projeto visa um amplo estudo relacionado à inserção de GDs nas redes de distribuição com o intuito de propor soluções integradas, considerando que o consumidor pode gerar individualmente ou remotamente e compensar, em suas unidades de consumo, a energia gerada, assim como a operação do SDEE em microrrede. Como objetivos específicos, têm-se: i. Pesquisar e compreender a relação das variações de tensão, perdas elétricas, desequilíbrios de tensão e de corrente com a operação das GDs, considerando as variações de carregamento do sistema, os diferentes perfis de geração da geração distribuída; ii. Avaliar os impactos das GDs nos sistemas de proteção, com o intuito de propor novas estratégias de proteção, considerando abordagens adaptativas; iii. Investigar métodos para mitigar o problema das variações e desequilíbrios de tensão e de corrente, considerando métodos com diferentes requisitos quanto à quantidade de medidores presentes no sistema de distribuição; iv. Investigar os efeitos nas perdas elétricas do SDEE com a presença de GDs, incluindo uma análise econômica destas quanto à prorrogação do investimento em sistemas de distribuição para vários cenários e modos de operação; v. Investigar a modelagem do problema da regulação de tensão e de perdas elétricas como um problema de otimização considerando formulação mono e multi-objetivo, focando no emprego de metaheurísticas e explorando também as funcionalidades de inversores modernos, conhecidos como Smart Inverters; vi. Desenvolvimento de esquemas de proteção anti-ilhamento de geradores distribuídos. 

Transitórios em Sistemas Elétricos de PotênciaResponsável: Fernando Augusto Moreira.

O estudo de transitórios em sistemas elétricos de potência (SEP) é fundamental para o dimensionamento dos equipamentos que compõem o SEP e seus sistemas de proteção. Embora o SEP opere predominantemente em regime permanente, é durante a ocorrência de fenômenos transitórios que ele está sujeito às condições mais drásticas de operação, seja em situação de sobretensões ou, mais raramente, em situações de sobrecorrente. Os fenômenos transitórios podem ser divididos de acordo com sua origem ou de acordo com a frequências típicas que tais fenômenos geram. Do ponto de vista de origem, os fenômenos são divididos em origem externa ou interna. Os fenômenos de origem externa à rede elétrica são as descargas atmosféricas. Já os fenômenos de origem interna são vários, por exemplo, energização e religamento de linhas de transmissão, energização de transformadores, bancos de capacitores, curtos-circuitos, ou seja, qualquer alteração na topologia do SEP.

Do ponto de vista das frequências típicas que os transitórios geram, há os transitórios de frente de onda lentas, como chaveamentos de linhas de transmissão; transitórios de frente de onda rápida, como os gerados por descargas atmosféricas e os transitórios de frente de onda muito rápida, que normalmente ocorrem em barramentos de subestações blindadas. Há também fenômenos transitórios que podem levar a sobretensões sustentadas na frequência industrial, como é o efeito Ferranti em linhas de transmissão. As simulações computacionais são atualmente a melhor ferramenta que o engenheiro eletricista tem para avaliar os possíveis impactos de um fenômeno transitório no SEP, principalmente na fase de planejamento do SEP. Diversos softwares estão disponíveis, alguns comerciais e outros não comerciais, embora não exatamente livres. A análise dos transitórios nos SEP podem ser feitos com softwares baseados na teoria de circuitos (mais comuns) ou com softwares baseados na teoria eletromagnética (menos comuns, mas normalmente mais precisos, embora de elevado custo computacional).

As simulações também podem ser feitas no domínio da frequência ou no domínio do tempo (mais comum). No entanto, de nada adianta contar com softwares computacionais de elevada confiabilidade se a modelagem do sistema elétrico não for adequada para o evento que se deseja simular. O próprio desenvolvimento de modelos mais precisos e mais completos para os diversos componentes do sistema, como as linhas de transmissão, transformadores, geradores, motores, conversores, dentre outros, para uma ampla faixa de frequências é fundamental para que as simulações sejam confiáveis. Por outro lado, o desenvolvimento de métodos de solução precisos e eficientes também é muito desejável.

O estudo de transitórios eletromagnéticos é muitas vezes muito lento, principalmente para SEP´s de grande dimensão, pois para que os fenômenos transitórios sejam simulados de forma adequada, os softwares devem fazer a integração numérica das equações diferencias que regem o comportamento do sistema com passos de integração normalmente muito pequenos de forma a captar as altas frequências que podem ser geradas pelo transitório. Os resultados da simulação de transitórios eletromagnéticos em SEP também costuma servir como dados de entrada para estudos mais específicos voltados por exemplo para a área de proteção de sistemas de potência, podendo-se aí incluir as áreas voltadas a filosofias de proteção, algoritmos de proteção, detecção e classificação de faltas e localização de faltas em linhas de distribuição e transmissão. A análise da qualidade da energia elétrica em seus diversos aspectos também muitas vezes é feita a partir de informações geradas por simulações computacionais de transitórios em SEP´s. A utilização de fontes de energia renováveis, como eólica e solar, também necessita de modelos e simuladores muito confiáveis de fenômenos transitórios tanto para geração centralizada como para geração distribuída e tem se tornado uma área das mais promissoras para o desenvolvimento de pesquisas envolvendo transitórios em SEP´s, visto que impacta inclusive na estabilidade e nos parâmetros de referência, como a frequência.

De forma geral, esse amplo projeto de pesquisa, tem como principais objetivos: i. Desenvolver métodos computacionais eficientes e precisos para a simulação de transitórios em SEP´s de grande porte; ii. Desenvolver estudos de descargas atmosféricas no domínio do tempo ou da frequência, com a modelagem adequada do surto atmosférico, linhas de transmissão, torres, aterramento e para-raios, utilizando simuladores baseados em teoria de circuito e na teoria eletromagnética. Desenvolver também estudos de descargas atmosféricas em aerogeradores; iii. Desenvolver estudos de chaveamento de linhas de transmissão, como energização e religamento (tripolar e monopolar) de linhas tendo-se uma modelagem adequada das linhas, para-raios, resistores de pré-inserção, chaveamento controlado e com vistas principalmente a tecnologias novas de transmissão como linhas de meia-onda, corrente alternada em UAT ou corrente contínua acima de 800kV; iv. Desenvolver estudos de transitórios em transformadores de força, modelando adequadamente o transformador tanto para baixas frequências como para altas frequências; v. Desenvolver técnicas de localização de faltas em linhas de transmissão e distribuição utilizando a teoria de ondas trafegantes aliada a ferramentas matemáticas para tratamento dos sinais e métodos baseados em inteligência artificial. 

 


© 2010 PPGEE - ppgee@ufba.br
Rua Aristides Novis, n.02, 4° andar, Sala 23 Federação - CEP: 40210-630. Salvador - Bahia, Brasil.
Telefone  Tel: +55 (71) 3283-9775 - Feedback Formulário de Contato


  Administração