Análise da elevação de tensão em redes com sistemas fotovoltaicos : causas, consequências e técnicas de regulação

Abstract

Resumo : O aumento da geração distribuída por sistemas fotovoltaicos (FV) tem gerado desafios para a operação de redes elétricas, especialmente a elevação de tensão em períodos de baixa demanda e alta geração. Este trabalho analisa as principais causas desse fenômeno, como a localização dos sistemas FV e a intermitência da geração solar, além de suas consequências, que incluem redução na qualidade da energia e possíveis danos a equipamentos. Entre as técnicas de regulação, destaca-se o controle Volt-VAr, que utiliza inversores inteligentes para ajustar dinamicamente a potência reativa e mitigar elevações de tensão. A técnica Volt-VAr proporciona benefícios significativos, como a redução das flutuações de tensão, o aumento da capacidade de integração de geração fotovoltaica e a melhoria da qualidade da energia elétrica. No entanto, apresenta algumas limitações, como a maior complexidade no controle dos inversores, devido à necessidade de algoritmos de controle mais sofisticados. Além disso, é importante considerar o impacto no fator de potência, que pode sofrer variações expressivas em função da injeção de potência reativa, o que pode levar a penalidades tarifárias ou à redução da eficiência do sistema, evidenciando a necessidade de um controle do fator de potência. Para avaliar a aplicação do Volt-VAr, realizou-se uma simulação utilizando o software OpenDSS e um ensaio experimental no Laboratório de Eficiência Energética do Departamento de Engenharia Elétrica da UFPR. O experimento permitiu reproduzir cenários reais de geração e demanda, analisando o comportamento do sistema e validando os resultados das simulações. Os resultados indicam que o Volt-VAr é eficaz para mitigar elevações de tensão e melhorar o desempenho da rede, embora exija estratégias otimizadas para balancear perdas reativas e manter o fator de potência dentro dos limites regulamentados

Abstract : The increasing adoption of distributed generation from photovoltaic (PV) systems has posed challenges to the operation of electrical grids, particularly the elevation of voltage during periods of low demand and high generation. This paper analyzes the main causes of this phenomenon, such as the location of PV systems and the intermittency of solar generation, as well as its consequences, which include reduced power quality and potential equipment damage. Among the regulation techniques, Volt-VAr control stands out, which utilizes intelligent inverters to dynamically adjust reactive power and mitigate voltage rises. Volt-VAr control offers significant benefits, such as reducing voltage fluctuations, increasing the integration capacity of photovoltaic generation, and improving power quality. However, it presents some limitations, such as increased complexity in inverter control due to the need for more sophisticated control algorithms. Additionally, it is important to consider the impact on the power factor, which can experience significant variations due to the injection of reactive power, which can lead to tariff penalties or reduced system efficiency, highlighting the need for power factor control. To evaluate the application of Volt-VAr, a simulation was conducted using the OpenDSS software and an experimental test at the Energy Efficiency Laboratory of the Electrical Engineering Department at UFPR. The experiment allowed reproducing real-world generation and demand scenarios, analyzing system behavior and validating simulation results. The results indicate that Volt-VAr is effective in mitigating voltage rises and improving network performance, although it requires optimized strategies to balance reactive losses and maintain the power factor within regulated limits