Análise da capacidade de hospedagem de recursos energéticos distribuídos em redes ativas de distribuição

Abstract

Resumo: É cada vez maior a inserção da geração distribuída (GD) nas redes elétricas de baixa e média tensão visando o aproveitamento da energia solar fotovoltaica. No atual modelo de compensação de energia, é prevista apenas a injeção de potência ativa, onde não existe qualquer compromisso das unidades geradoras em contribuir com a regulação de tensão do sistema. Para as concessionárias de energia, torna-se necessária o impacto da penetração da GD nas violações de tensão no sistema de distribuição, provocando sobretensões e carregamento nos cabos ocasionando sobrecarga no sistema. O objetivo principal deste trabalho é analisar a capacidade máxima de hospedagem de GD em uma rede ativa de distribuição comparando simulações estáticas e quase-estáticas, observando os parâmetros de sobretensão e sobrecarga. Dessa forma, foi analisado o comportamento dos sistemas com a inserção de recursos energéticos distribuídos (RED) com utilização da função de controle do inversor no modo Volt/Var e a inserção dos sistemas de armazenamento de energia com baterias (BESS). Para isso, este estudo considera os limites de tensão pré-estabelecidos pelo PRODIST – Módulo 8, onde foram observados os parâmetros elétricos avaliados em um alimentador teste denominado Ckt5, do Electric Power Research Institute (EPRI), no qual foram simulados cenários com a inserção de usinas fotovoltaicas com potência variando de 50 a 400 kW e variação de penetração da geração distribuída (GD) de 5, 15 e 25% em relação às barras trifásicas de média tensão conectadas em determinados pontos do sistema. Considerando tais cenários de penetração, os resultados apontam que as simulações estáticas resultam em uma capacidade de hospedagem menor por considerar valores nominais de carga, assim como uma geração elevada por parte das GDs, enquanto as simulações quaseestática resultam em uma capacidade de hospedagem maior por considerar as variações de carga e geração mais realistas ao longo do dia. Também foi verificado que o controle Volt/Var considerando a variação do fator de potência pode atingir a máxima a capacidade de hospedagem evitar violações por sobretensão, entretanto ainda foi identificado violações no parâmetro de sobrecorrente. Por fim, uma avaliação e resolução de violação aos níveis de sobretensão e sobrecarga foi proposta através da inserção de BESS ao sistema, no qual a solução foi aderente ao objetivo do trabalho em propor soluções para avaliar a máxima capacidade de hospedagem dentro do limite estudado

Abstract: The insertion of distributed generation (DG) in low and medium voltage electricity grids is increasing, aiming at the use of photovoltaic solar energy. In the current energy compensation model, only the injection of active power is foreseen, where there is no commitment from the generating units to contribute to the regulation of the system's voltage. For power utilities, the impact of DG penetration on voltage violations in the distribution system becomes necessary, causing overvoltages and charging in the cables causing overload in the system. The main objective of this work is to analyze the maximum DG hosting capacity in an active distribution network by comparing static and quasi-static simulations, observing the overvoltage and overload parameters. In this way, the behavior of the systems with the insertion of distributed energy resources (RED) with the use of the inverter control function in Volt/Var mode and the and the introduction of battery energy storage systems (BESS). For this, this study considers the voltage limits pre-established by PRODIST – Module 8, where the electrical parameters evaluated in a test feeder called Ckt5, from the Electric Power Research Institute (EPRI) were observed, in which scenarios were simulated with the insertion of photovoltaic plants with power ranging from 50 to 400 kW and distributed generation (DG) penetration variation of 5, 15 and 25% in relation to the three-phase medium voltage busbars connected at certain points in the system. Considering such penetration scenarios, the results indicate that the static simulations result in a lower Hosting Capacity by considering nominal load values, as well as a high generation by the DGs, while the quasi-static simulations result in a higher Hosting Capacity by considering the more realistic load and generation variations throughout the day. It was also verified that the Volt/Var control considering the variation of the power factor can reach the maximum Hosting Capacity to avoid overvoltage violations, however violations in the overcurrent parameter were still identified. Finally, an evaluation and resolution of violation to the levels of overvoltage and overload was proposed through the insertion of BESS to the system, in which the solution was adherent to the objective of the work in proposing solutions to evaluate the maximum Hosting Capacity within of the studied limit