Sistemas elétricos operam sobre condições especificas conforme convenções e acordo entre agentes do sistema. A distribuição de energia elétrica convencional tem padrões bem estabelecidos de parâmetros como tensão e frequência de atendimento. Ocorre que os sistemas convencionais estão sobre mudança a partir de tecnologias modernas como geração descentralizada com fontes renováveis, sistema de monitoramento e controle inteligente, sistemas de armazenamento de energia e outros equipamentos ativos de rede. Esses equipamentos modernos abrem uma nova gama de possibilidades de operação ao mesmo tempo em que introduzem novos fenômenos na rede elétrica. Um dos desdobramentos dos sistemas modernos são as microrredes inteligentes, constituídas de redes a nível local com recursos energéticos distribuídos. Algumas microrredes são capazes de operaram desconectadas da rede tradicional a ponto de se autossutentar energeticamente em situações de contingência ou até totalmente fora da rede. Entretanto no Brasil os parâmetros operacionais das microrredes desconectadas devem seguir os mesmos padrões da rede de distribuição convencional. Essa dissertação de mestrado propõe a flexibilização de parâmetros operacionais para microrredes desconectas, a fim de investigar as condições, benefícios e problemas relacionados a essa mudança de padrão. Foi então realizado levantamento bibliográfico de temas afim, analise de possibilidade de variações nos valores de tensão e frequência de referência da rede. Para teste foram levantados dados de simulações através de ferramenta computacional denominada GridLAB-D, de fluxo de potência. Foi aplicada metodologia desenvolvida em um sistema de teste, amplamente estudado, para validação das técnicas proposta. O foco principal do trabalho foi em unidades consumidoras residências de baixa renda, que por muitas vezes estão na fronteira do sistema e por isso sofrem problemas frequentes de fornecimento de energia elétrica. Foram propostos cenários com caso base, caso base com parâmetros operacionais flexibilizados e casos com microrredes desconectada, com parâmetros operacionais padrões da norma e com valores flexibilizados. As microrredes quando conectadas são supridas pela rede tradicional e quando desconectadas são supridas por sistema de armazenamento de energia baseado em baterias estacionarias de li-íon. Os cenários de estudo abrangem simulação de situações de contingência a fim de averiguar o impacto dos parâmetros operacionais nas condições de fornecimento do sistema de armazenamento. O primeiro cenário conta com um sistema teste padrão, o segundo cenário acrescenta uma carga em modelo residencial e o terceiro cenário aplica um sistema de armazenamento de energia. As variações dos parâmetros operacionais são aplicadas nos cenários gerando casos com e sem flexibilização. Observou-se que os afrouxamentos dos limites operacionais são viáveis, mas existem contrapartes como o aumento das perdas elétricas. Por fim verifica-se que a flexibilização dos parâmetros operacionais são uma alternativa para viabilizar certas condições de suprimento, mas pesquisas voltadas para esse fim precisam e desenvolvimento, sobretudo a cerca das condições de operações de equipamentos.
Electrical power systems operate under specific conditions, according to conventions and agreement between agents of the system. The conventional distribution system has well-established standards and parameters such as voltage and frequency regulation. It happens that conventional systems are under change from modern technologies such as decentralized generation with renewable sources, smart monitoring and control systems, energy storage systems and other active network devices. This modern infrastructure opens up a new range of operation possibilities while introducing new deviations into the electrical grid. One of the consequences of modern systems is the intelligent microgrids, constituted of local level grids with distributed energy resources. Some microgrids can operate disconnected from the traditional grid and self-sustain itself in contingency situations or even totally off-grid. However, in Brazil, the operating parameters of the disconnected microgrids must follow the same standards as the conventional distribution network. This thesis proposes the flexibility of operational parameters for disconnected microgrids, in order to investigate the conditions, benefits and problems related to this change in the parameters. A bibliographic survey of related topics was then carried out which include in search of possibilities of flexibility in the voltage and frequency values of the grid. The technical analysis was compounded by simulations using the computational tool GridLAB-D. The methodology was applied in a test system, widely known, then the proposed techniques were carried out to a real system model. The main focus of the work was on residential consumers of lower social classes, which are often on the border of the system and therefore suffer frequent problems of electricity supply. Scenarios were proposed with the base case, base case with flexible operational parameters and cases with disconnected microgrids, with standard and flexible operating parameters of power quality. The microgrids when connected are supplied by the traditional network and when disconnected they are supplied by an energy storage system based on stationary Li-ion batteries. The study scenarios include simulation of contingency situations in order to analysis the impact of operational parameters of the storage system supply conditions. The first scenario has a standard test system, the second scenario adds a load on a residential model and the third scenario applies an energy storage system. Variations in operating parameters are applied to the scenarios, generating cases with and without flexibility. The flexibilization of the operational parameters are viable, otherwise there are disadvantages, such as increasing in the power losses due lower votlage values. Finally, it appears that the flexibility of operational parameters is an alternative to make certain supply conditions feasible, but research aimed at that end needs and development, especially regarding models of equipment operation conditions.
Data da defesa: 26/02/2021
Banca Examinadora
Orientador (a): Cresencio Silvio Segura Salas (Lactec)
Membro da Banca: Eduardo Kazumi Yamakawa (Lactec)
Membro da Banca: Lúcio De Medeiros (Lactec)
Membro da Banca: Alexandre Rasi Aoki (UFPR)
Palavra(s)-Chave: Microrrede. Qualidade de energia. Limites operacionais. Sistema de armazenamento de energia.
Keywords: Microgrid. Power quality. Operational Limits; Battery Energy Store System.