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Seminário Micro e Minigeração Distribuída - Impactos da Resolução Normativa ANEEL RN 482/2012

ANEEL-‐Brasília 10 Abril, 2014

Claudio Lima

Copyright ©2014 C Lima ��

Geração Distribuída: Contexto Nacional e Internacional!da Normatização!

Geração Distribuída Baseada em Normas e Padrões Técnicos Standard-‐Based Distributed Genera1on

Agenda

•  Visão Geral da Geração Distribuída (GD) no Contexto de Smart Grid e Smart City

•  Arquiteturas de Geração Distribuída (GD) e Definição de Cenários Evolutivos

•  Penetração de GD •  Despacho de GD

•  Telemetria & Controlabilidade

•  Comparação das Normas Nacionais e Internacionais de GD •  Questões de Segurança em GD •  Sumário

2 Copyright ©2014 C Lima ��

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Energia Solar Fotovoltaica nos Prêdios

Sistemas de Micro, Minigeração Distribuída, ocuparão um lugar de destaque nas Cidades Inteligentes e Sustentáveis dentro do moderno conceito de Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grid).

Geração Centralizada vs. Distribuída

PILA

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SMAR

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�� Copyright ©2014 C Lima

Automação na Distribuíção Infraestrutura Avançada de Medição (AMI)

Redes Residenciais (HAN)

Recursos Energéticos Distribuídos Conectados à Planta (DER) (solar, éolica, biodiesel, gestão da carga, armazenamento)

Veículos Elétricos

Uso de PMU, Sincrofasores nas Redes de Transmissão

Hoj

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Justificação do Modelo de Negócioà Operação

GD- Micro-Mini Geração Distribuída / Fase 1

Méd

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Armazenamento de Energia

Automação na Substação

4

Roadmap do Smart Grid: O que faz Sentido?

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Justificação do Modelo de Negócioà Comercial

Copyright ©2014 C Lima

Início'de'Ação'Integrada'mul4'ministerial'em'Smart'Grid:'MCTI,'MME,'MDIC,'IPEA,'ABDI,'ANEEL,'

ANATEL,'EPE,'ONS'

Copyright © 2012 C Lima

Aneel'lança'consulta'pública'sobre'medidores'

eletrônica'

Chamada'Pública'No.'11'KP&D'Estratégico'de'SG'para'criação'de'

polí4ca'pública'para'desenvolvimento'de'SG'no'Brasil'

Início'do'P&D'SG'coordenado'pela'iAbradee'

Revisão'Tarifária'das'Distribuidoras'(criação'de'novas'bandeiras'tarifárias)'

Regulação'sobre'préKpagamento'

Introdução'da'Geração'Distribuída'(resolução'482/2012)/'“Net'Metering”'

MicroKGeração'<100kW'MiniKGeração:'100kWK1MW'

Março&2009& 2010& 2011& 2012&

Novas&Bandeiras&Tarifárias& Medidores&Eletrônicos& Geração&Distribuída&(GD)&

Norma'ANEEL'Medidores'Inteligentes'

Evolução&e&Status&do&Smart&Grid&no&Brasil&

!

Evolução e Status do Smart Grid no Brasil

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Geração Distribuída (RN 482) no Contexto das Redes Elétricas Inteligentes (REI)

!!Brazilian!Smart!Grid:!Reference!Architecture!Ph

ysical!Security

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Genera;on!&!Transmission!(G&T)!

Transmission!&!Distribu;on!Substa;on! Distribu;on! Producer/Consumer! C.Lima'@'2014'

REIEBRE2030!

Service'Provider'

'Demand''Response'Aggregator'

'Distributed'''''Energy'''Aggregator'

''''''Energy'Management'

Residen'al*Prosumer*Network*(RPN)*

**HEMS*

***Intelligent*Sub=Metering*

Grid=Tie*Inverter*

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Commercial*and*Ins'tu'onal*Prosumer*Networks*(C&IPN)*

****Intelligent****Loads*

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Industrial*Prosumer*Network*(IPN)*

**EMS******ESI*Gateway*

****sensors*

****sensores*

*Intelligent*thermostat*

**EMS******ESI*Gateway*

***Intelligent***Display*


*Intelligent*thermostat*


Grid=Tie*Inverter*



****sensors*


Grid=Tie*Inverter*




Substa'on*Automa'on*(SA)*

**Recloser* Transformador* *****Breakers*

Volt/Var**Control*

*****Sec'onalizer****Switches*

**PMU*

**PMU*Router/RTU/Gtway*Com*

Caapacitor*******Bank*

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Distribu(on+Automa(on+(DA)+

++Recloser+

Caapacitor+++++++Bank+

+++Voltage++Regulator+

Transformer+

Volt/Var++System+

++Automated+++++Switches+

+++++++Voltage/Current+Sensors+

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Infrastructure((AMI)(

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((Smart(Metering(w/(((((Communica;ons((((internal(or(external)(

Genera&on(and(Transmission(Automa&on((G&TA)(

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Tablet/PDA,!Notebook!!

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Distributed*Energy*Resources*(DER)*

*Distributed*Genera6on******(DG)*

*Electric*Vehicle**Infrastructure****************(EVI)*

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*Load*Management,*****Demand*Response******************(DR)*

Corporate/IT+Control+&+Mgmt+

IT/Enterprise+Integra5on+BUS+

ERP+

Opera5on+Control+&+Mgmt+

EMS+

Opera5onal+Integra5on+BUS+

SCADA+ MDM+

+++SCADA+Communica5on+GWAY+ MDC+

Billing+

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CIS+

IT+Communica5on+GWAY+

Applica5ons+++++Data+Analy5cs+

Backbone+Network+WAN+

Backbone+and+Internet+Access+(public)+and+Intranet+(private)+

SDH+

IP/MPLS+

DWDM+

++Radio+Link+

Satellite+

Backhaul+Network+

GPRS+ ++Radio+Link+ Satellite+

SDH+ IP/MPLS+DWDM+

++Metro+Ethernet+

Distribu5on+Network+

GPRS+ RF+Mesh+ Satélite+PLC+

++WiMax+

+++++Prosumer+Access+Network+(PAN)+

GPRS+ RF+Mesh+ PLC+ WiFi+

Communica5ons+Infrastructure+

LTE/4G+

LTE/4G+

LTE/4G+ Cable+Modem+3G+ 3G+

++Mobile+Workforce+Management+(MWM)+

PDC+

Substa5on+Network+

SDH+

IP/MPLS+

+Radio+Link+

++Metro+Ethernet+

++WiMax+

DMS+

Market+Management+

Commercial+Integra5on+BUS/Metering+

MDMS+OMS+

FTTB/+FTTH+

++WiMax+

Network+Management+System+(NMS)/+Element+Management+System+(EMS)+

PLC+

6

Arquitetura de Referência de Smart Grid: BRASIL Co

pyrig

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2014 C Lim

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Recurso EnergéNco Distribuido (RED)/ Geração Distribuída (GD)

GD no Contexto de Redes Elétricas Inteligentes (REI)

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Recursos(Energé-cos(Distribuídos((RED)(

((Geração(Distribuída((((((((GD)((

Infraestrutura(de(Veículos(Elétricos(((((((((((IVE)(

(((((Sistema(de(Armazenamento(((de(Energia((SAE)(

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Módulo FV Inversor InteraNvo

Combinador DC (string box) DSV DPS Cabos,

Conectores Suportes de Fixação

Medidor Net Metering

* Mapeamento da Cadeia Produ1va de Redes Elétricas Inteligentes (Projeto ABDI @2014) componentes TIC (inovação,

padronização)

Principais Sub-‐Sistemas da Cadeia de Redes Elétricas Inteligentes

Principais Elementos da Cadeia de Geração Distribuída

Inversor de “string” e Centralizado (1-‐5k, 10-‐30kW, 50-‐100kW, 100-‐500kW, 1MW, etc)


CADE

IA PRO

DUTIVA

INDU

STRIAL

Programa do Governo Brasileiro de Smart Grid

Mapeamento da Indútria Nacional e Internacional: Concessionárias, Empresas e ICTs

Normas Técnicas, Padrões e

Regulamentos

Tendências, Modelos de Negócios e Tecnologias

Análise Econômica-‐Financeira da

Cadeia ProduNva

4 Workshops Nacionais e 1 Seminário Nacional

Proposição de PolíNcas Públicas em Smart Grid

Medição Inteligente, Automação na Distribuição, Geração Distribuída, etc

��

TIC Tecnologia da Informação e Comunicação


Geração Distribuída



Regulação Setor Elétrico

Normas Internacionais


Busca de Experiências

Normas Nacionais

ANEEL e outras en]dades governamentais

Dificuldades de Implantação

Contexto da Inserção da GD

Contexto da Inserção de GD no Brasil


R. Nielson, S. Granato e C. Lima, “Impacto Operacional da Geração Distribuída (GD) Conectada a Rede Elétrica de Distribuição do Ponto de Vista da Concessionária” Distributech Brazil 2013, São Paulo, Set 2013.

Normas de Geração Distribuída (GD)

10

•  Medidas de Proteção de Pessoas e Equipamentos •  Características Físicas e Elétricas dos Equipamentos •  Qualidade de Energia •  Compatibilidade Eletromagnética (distorção harmônica) •  Inspeção e Comissionamento de Sistemas Fotovoltaicos •  Confiabilidade •  Segurança

FOCO nas Características de Qualidade (da energia e da instalação) e Segurança


•  AnN-‐Ilhamento de Inversores •  Interfaces de Conexões •  Instalação, Comissionamento & Inspeção Principais Normas e Padrões de Geração Distribuída

Normatização Brasileira de Geração Distribuída

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ABNT NBR 16274

Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho

Sistemas fotovoltaicos (FV) Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição

ABNT NBR 16149

6 Abr 2014

Instalação, Comissionamento & Inspeção

1 Mar 2014

Interface com a Rede Elétrica

Sistemas fotovoltaicos Classificação

ABNT NBR 11704

21 Fev 2008

Classificação

Sistemas fotovoltaicos (FV) — Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição — Procedimento de ensaio de conformidade

Procedimentos de Ensaios na Interface de Conexão

ABNT NBR 16150

4 Abr 2013

6 Abr 2012

Procedimento de ensaio de anti-ilhamento para inversores de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica

ABNT NBR IEC 62116

Procedimento de Ensaio AnN-‐Ilhamento

data da vigência da norma

ABNT NBR 10899

4 Dez 2013

Energia solar fotovoltaica Terminologia

Terminologia

NR 10 SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE

19 Abr 2012

PRODIST Módulo 3

Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST Módulo 3 – Acesso ao Sistema de Distribuição Rev. 4 (482/2012)

NR 35 TRABALHO EM ALTURA

Procedimentos de Distribuição de Energia

Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR)

Altera a Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, e o Módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição – PRODIST

RN 517

RN 482

17 Abr 2012

Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica, e dá outras providências

Micro e Minigeração Distribuída

11 Dez 2012

ABNT CB3 CE-‐82.1 “Sistemas de Conversão Fotovoltaica de Energia Solar” do COBEI


Instrumentos Normativos Internacionais de GD •  IEEE Std 1547-‐2003 IEEE Standard for Interconnec]ng Distributed Resources with Electric Power

Systems

•  IEEE Std 929-‐2000 IEEE Recommended Prac]ce for U]lity Interface of Photovoltaic (PV) Systems

•  IEEE Std 2030-‐2011 IEEE Guide for Smart Grid Interoperability of Energy Technology and Informa]on Technology Opera]on with the Electric Power System (EPS), End-‐Use Applica]ons, and Loads

•  VDE-‐AR-‐N 4105:2011-‐08 Geração na Rede de Baixa Tensão, Requisitos Técnicos Mínimos para a Conexão e Funcionamento em Paralelo dos Geradores da Rede de Baixa Tensão

•  IEC 62116-‐2012 Test Procedure of Islanding Preven]on Measures for U]lity-‐Interconnected Photovoltaic Inverters

•  IEC 60364 (all parts) -‐ Low-‐voltage electrical installa]ons

•  IEC 60364-‐7-‐712 -‐ Low-‐voltage Electrical Installa]ons – Part 7-‐712: Requirements for Special Installa]ons or Loca]ons – Photovoltaic (PV) Systems

•  IEC 60364-‐6 -‐Low-‐voltage electrical installa]ons -‐ Part 6: Verificta]on

•  IEC 62446 (2009) -‐ Grid Connected Photovoltaic Systems – Minimum Requirements for System Documenta]on, Commissioning Tests and Inspec]on

•  IEC 61557 (all parts)-‐Electrical safety in low voltage distribu]on systems up to 1 to 1000 V a.c. and 1500 V d.c. – Equipment for tes]ng, measuring or monitoring of protec]ve measures

•  IEC 61730-‐1 -‐ Photovoltaic (PV) module safety qualifica]on,Part 1: Requirements for construc]on

•  IEC 61724 (1998) Photovoltaic System Performance Monitoring -‐ Guidelines for Measurement, Data Exchange and Analysis

•  IEC 61727 (2004) -‐ Photovoltaic (PV) Systems – Characteris]cs of the U]lity Interface

•  IEC 61730-‐2-‐ Photovoltaic (PV) module safety qualifica]on -‐ Part 2: Requirements for tes]ng


Valores de Referência Referência Valor

Injeção de Corrente Conlnua Máxima 0,5% DHTi Máximo 5% Tempo Máximo de Operação em Ilha 2 s Tempo de Reconexão à Rede após Falha 300 s Faxia de Frequência (Hz) -‐ Operação Normal 59,3 < f < 60,5 Tempo Máximo Fora da Faixa de Frequência 0,16 s Faixa de Tensão -‐ Operação Normal 88% ≤ V <110%

Tempo Máximo fora da Faixa de Operação Normal Tensão (% Vnominal)

Tempo (s)

-‐ V < 50% 0,16 50% ≤ V < 88% 2 88% ≤ V < 110% Operação Normal 110% ≤ V < 120% 1 120% ≤ V -‐ 0,6

Impacto da Regulamentação de GD

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Std IEEE 1547

Procedimentos de Distribuição de Energia

Elétrica no Sistema Elétrico Nacional – PRODIST

Tempo Máxima fora da Faixa de Operação Normal

Tensão (% Vnominal) Tempo (s) -‐ f < 57,5 5

57,5 ≤ f < 58,5 10 58,5 ≤ f < 59,5 30

59,9 ≤ f < 60,1 Operação Normal

60,5 ≤ f < 62,0 30 62,0 ≤ f < 63,5 30 63,5 ≤ f -‐ 10

Valores de Referência Referência Valor

Fator de Potência Mínimo da Carga 92,0%

Faixa de Frequência (Hz) -‐ Operação Normal 59,9 < f < 60,1%

Faixa de Tensão -‐ Operação Adequada (base 220/127 V) 91% ≤ V < 105%

��



Impacto da Regulamentação de GD

Normas de Referência de Geração Distribuida -‐ Comparação

Referências IEC 61727 IEEE 929 VDE 0126-‐1-‐1 IEEE 1547 PRODIST

Injeção de Componente Conlnua Máxima 1% 0,50% 1 A 0,50% -‐

DHTi Máximo 5% 5% -‐ 5% -‐

Fator de Potência Mínimo 90% 85% -‐ -‐ 92%

Tempo Máximo de Operação em Ilha (s) 2 2 5 2 -‐

Tempo de Reconexão à Rede (s) 20 -‐ 300 300 -‐ 300 -‐

Faixa de Frequência (Hz) -‐ Operação Normal 59 < f < 61 59,3 < f < 60,5 47,5 < f < 50,2 59,3 < f < 60,5 59,5 < f < 60,5

Tempo Máximo Fora da Faixa de Frequência (s) 0,2 0,1 0,2 0,163 30

Faixa de Tensão -‐ Operação Normal 85% ≤ V < 110% 88% ≤ V < 110% 80% ≤ V < 115% 88% ≤ V < 110% 91% ≤ V < 105%

Normas de GD: Comparação

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FASE 1 Primeiras Instalações

Net Metering com DSV

•  ANEEL RN 482/517 •  Eco-‐cliente •  Fase de aprendizado •  Preparo operacional pelas concessionárias •  Primeiras Normas ABNT •  Inmetro PBE Módulos FV •  Inversor sem Homologação •  Sem incen1vos, redução tributária limitada

Desafios Técnico-‐ Operacional

Despacho de GD Agregado & Controle e Atuação Remota de Inversores coordenado com elementos de rede

Integração de recursos distribuídos e cenário de penetração elevado

Funções Avançadas e Comunicação com a Rede

2012-‐2014

FASE 2 Consciência de Conservação de Energia

•  Norma de instalação ABNT •  Associações ABSOLAR, etc •  Modelamento Econômico-‐Financeiro •  Normas de Segurança NR 10 e 35 •  Primeiras Linhas de Crédito •  Finame/BNDES •  Par1cipação do Governo na Cadeia Produ1va do GD/REI (ABDI) •  Homologação de Inversores •  ANEEL possível revisão RN 482

2014 à

Net Metering sem DSV

Inversor InteraNvo (monitoração) sem visibildiade e controle operacional

Inversor Inteligente (monitoração e controle) com visibildiade e controle operacional

FASE N GD no Contexto de Rede Elétrica Inteligente

Penetração de GD


<5% ~10-‐15%

Cenário Evolutivo da GD no Brasil


Inversor inteligente tem capacidade de se adaptar às condições operaNvas quando o sistema está conectado ao ramal da concessionária de energia

GD RED/GD

IEEE 2030, IEEE 1547 Series, IEC

Estágio Atual

Estágio Futuro

Geração Distribuída em Ambiente Urbano

Impacto no Aumento da Penetração de GD

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Jens, Distributech Brazil 2013

SFCR @70-‐100kW

SFCR @30-‐50kW

Impacto Técnico-‐Operacional da GD sob o aspecto da penetração no Sistema Elétrico de Potência (SEP)

Unida

de de

Geração

Distribuída

Rede

Elétric

a de

Distrib

uíção

Interface de

Intercon

exão

Foco na interconexão Std IEEE 1547

Ponto de Conexão Comum (PCC) (Interface)


A medida que a potência instalada e o número de GD aumenta, um nível de monitoração e controle mais sofisNcado deve ser introduzido provendo mais informação e condições de controlar micro-‐mini GD.

•  Regulação de tensão; •  Controle de rea]vo; •  Qualidade da energia; •  Operação do SEP: aumento do número e potência de GD

Source: IEEE


Principais Elementos do Smart Grid

Copyright IEEE C. Lima

RED/GD Customer RED/GD

Geração Distribuída no Contexto do IEEE 2030


IEEE SC21 P2030

Guide for Smart Grid Interoperability

Power System Interoperability

Architecture

Perspective (PS-IAP)

Communications Technology Interoperability

Architecture

Perspective (CT-IAP)

Information Technology Interoperability

Architecture

Perspective (IT-IAP) Sm

art

Grid

Syste

ms A

rch

itectu

res

Lançado Oficialmente pelo IEEE-‐SA em Outubro de 2011

IEEE 2030 Smart Grid: Arquiteturas de Referência


Centro de Operação e Controle

FAN

Medidor Inteligente

FAN: Field Area Network (aka rede SCADA) DAP: Distributed Access Point (aka Concentrador) NAN: Neighborhood Area Network (aka Rede AMI Last Mile) RED/GD: Geração Distribuída/Recursos Energé]cos Distribuídos DisposiNvos de Campo: FTUs (Religadores, Banco de Capacitores), Sensores, Transformadores, Medidores de Trafo, Chaves/Taps, etc.

DisposiNvos de Campo

DAP NAN

Sistema AMI Au

tomação na

Distrib

uíção

Distribuição Subestação RED/GD

Backhaul/ WAN

IEEE 2030

Arquitetura Referencial de SG com GD


Smart Grid-‐GD/RED

Arquiteturas Avançadas de GD/RED-REI


Unidade de RD

Unidade de RD

Unidade de RD

DR Grande >1MW (usinas FV, autoprodutor, etc) DR Médio 100-‐1MW (ANEEL RN 482 Minigeração) DR Pequeno < 0-‐100kW (ANEEL RN 482 Microgeração)

EMS Controlador de RD

CARGA

RD Recurso Distribuído PCC Ponto de Conexão Comum EMS: Building Energy Management System

Ponto de Conexão de RD

Ponto de Conexão de Carga

Concessionária de Distribuição

Agregador de RD

Operador de RD Mantenedor

de RD PCC

Arquitetura de Referência para Interconexão de RD (IEEE)

Área Local

fluxo de comunicação local

Inclui Controle e Gestão de GD, Sistema Armazenamento de Energia (SAS), IVE (Infraestrutura de Veículo Elétrico), Despacho e Controle de Cargas

A corrente CC é muitas vêzes mais perigosa do que a CA !!!

Arco Voltaíco Gerado dos módulos fotovoltaicos (CC) (atenuado muitas vêzes)

23

Requisitos de Segurança de Sistemas Solar FV

��

Seguranca das Pessoas (prosumidores, instaladores, mantenedores, concessionárias, bombeiros, etc) e Instalações


Experiências Internacionais em GD – Missões Brasileiras

Missões Europa, Japão em Redes Elétricas Inteligentes (REI), Geração Distribuída GT Grupo de Trabalho do Governo Federal em Smart Grid/Smart City (coordenados pela ABDI)

��

Unidades de Geração Distribuída


Sumário

��

•  Principais normas técnicas brasileiras de GD lançadas pela ABNT. •  Contexto de Redes Elétricas Inteligentes (REI)/Smart Grid considera

Recurso Energé]co Distribuído (RED) onde GD é apenas um dos sub-‐sistemas importantes do RED.

•  Inversor interaNvo (grid-‐]e) (monitoração) evoluindo para inversor inteligente (grid-‐]e) (monitoração e controlabilidade), permite evoluir GD para o conceito completo de GD/RED dentro do contexto de REI/Smart Grid.

•  Evolução do GD considera (i) Despacho de GD agregado, (ii) Controle e atuação remota de inversores inteligentes coordenados com elementos de rede.

•  Aumento da Penetração de GD causa problemas técnicos-‐operacionais nos alimentadores da rede que precisam ser mi]gados. Estudos de penetração precisam ser considerados no planejamento energé]co.

•  Segurança da instalação e operação de um SFCR dentro da RN 482 precisa ser bastante considerado (obedecendo as NR 10 e 35), com cuidados especiais ao lidar com tensão/corrente CC, além de outros.

•  Profissionalismo nas instalações e operação é essencial. Copyright ©2014 C Lima

Obrigado!

[email protected] 26

��

Claudio Lima, BIO

•  Vice Chair e Autor do Padrão Técnico Internacional de Smart Grid IEEE 2030 (EUA) •  Membro Eleito do U.S. NIST-‐SGIP-‐SGAC Smart Grid Architecture Council (EUA) •  CTO Global de Smart Grid da Huawei Technologies (China)

•  Sprint Advanced Technology Labs (Sprint Labs), Silicon Valley-‐CA (10 anos)

•  Coordenador Técnico do Programa de Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grid) do Governo Federal para o Desenvolvimento de PolíNcas Públicas Industriais e Cadeia ProduNva Nacional (ABDI) •  Consultor Internacional de Projetos de P&D ANEEL (Smart Grid, Geração Distribuída)

•  Coordenador do Governo Federal do Programa de Cooperação Brasil-‐União Européia em Smart Grid e Consultor do Governo Federal do Programa de Cooperação Brasil-‐ Japão em Smart Grid, Eficiência EnergéNca, Geração Distribúida e Smart City •  Palestrante na Audiência Pública Sobre Redes Elétricas Inteligentes na Câmara dos Deputados (CME-‐Comissão de Minas e Energia), Membro do GT-‐Grupo de Trabalho do Governo Federal em Smart Grid/Smart City (Brasil-‐Japão) •  Ph.D. em Engenharia Eletrônica (Inglatera UKC), Mestre em Engenharia Elétrica Unicamp, MBA ExecuNvo Dom Cabral. Prof. Dept Engenharia Elétrica Unicamp.


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