Dissertação UFBA Integração Banca Ruth

8/17/2019 Dissertação UFBA Integração Banca Ruth

1/111

UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIAESCOLA POLITÉCNICAPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA

PRISCILLA SOUZA NEVES

INTERLIGAÇÃO DA GERAÇÃO EOLIELÉTRICA COM OSISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM

ENGENHARIA ELÉTRICA

SALVADOR

2014


2/111

Página em br anco.


3/111



SALVADOR2014

Dissertação apresentada ao Programa de Pós Graduação em EngenhariaElétrica, Escola Politécnica, Universidade Federal da Bahia, comorequisito para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica.

Orientador: Profª. Drª. Cristina de Abreu Silveira


4/111

N513 Neves, Priscilla Souza.

Interligação da geração eolielétrica com o sistema elétrico depotência/ Priscilla Souza Neves. – Salvador, 2014.

109f. : il. color.Orientadora: Profª. Drª. Cristina de Abreu Silveira.

Dissertação (mestrado) – Universidade Federal da Bahia.Escola Politécnica, 2014.

1. Energia eólica. 2. Sistemas de energia elétrica. 3. Impactoambiental. 4. Interligação em rede. I. Silveira, Cristina de Abreu.II. Universidade Federal da Bahia. III. Título.

CDD: 621.312


5/111

i



Aprovado em: 13/03/2014

BANCA EXAMINADORA

Dissertação apresentada ao Programa de PósGraduação em Engenharia Elétrica, Escola Politécnica

da Universidade Federal da Bahia, como requisito paraobtenção do título de Mestre em Engenharia Elétrica.


6/111

ii

AGRADECIMENTOS

Agradeço a Deus por me dar força e saúde para superar as dificuldades impostas nestavida.

Agradeço à minha família que sempre apoiou as decisões e escolhas feitas durante todoeste tempo dedicado aos estudos.

Agradeço a Profª. Drª. Cristina de Abreu Silveira pela colaboração e contribuiçãodurante o desenvolvimento desta dissertação de mestrado.

Agradeço a Janaina Almada, mestranda da Universidade Federal do Ceará, pelacolaboração e auxilio no decorrer das simulações computacionais.

Agradeço a Pedro Leoni, Engenheiro da Renova Energia, pelos esclarecimentos acercados Parques Eólicos na Bahia.

Agradeço ao LABEFEA/UFBA pela disponibilidade de espaço e contribuição naelaboração deste trabalho.

Finalmente, agradeço a todos os amigos, colegas e parceiros que direta ou indiretamentecontribuíram para a elaboração deste trabalho.

Muito Obrigada.


7/111

iii

“Viver e não ter a vergonha de ser feliz. Cantar e cantar e cantar a beleza de ser um

eterno aprendiz.”

Gonzaguinha


8/111

iv

RESUMO

Nas últimas décadas a energia eólica tem tido uma participação significativa namatriz energética de vários países e com isso, a discussão acerca da influência que aconexão de parques eólicos pode causar na rede, preservando a qualidade da energia eestabilidade do sistema tornou-se tema da maior importância para o setor. Este trabalhotrata da interligação de parques eólicos ao sistema elétrico de potência (SEP) destacando osimpactos que essas novas instalações podem causar à operação do sistema elétrico. Dentrodesta proposta, é apresentado um panorama da energia eólica no mundo e sua evolução noBrasil, a capacidade eólica instalada, as configurações, classificações e regulamentações da

integração dos sistemas eólicos à rede elétrica. Também são abordados os impactos dainterligação de parques eólicos ao sistema elétrico no âmbito da qualidade da energiaelétrica e dos afundamentos de tensão decorrentes de curtos-circuitos no sistema no pontocomum de conexão com a rede, além dos impactos que as centrais eólicas podem provocarao meio ambiente. As análises realizadas neste estudo buscaram avaliar o comportamentodo parque eólico interligado ao SEP de acordo com os critérios estabelecidos pelo operadordo sistema elétrico (ONS) nas condições mais severas de operação, no que tange à sua

capacidade de suportabilidade às faltas na rede elétrica.

Palavra-chave:Interligação, energia eólica, impactos, qualidade da energia, afundamentosde tensão.


9/111

v

ABSTRACT

In recent decades wind energy has had a significant share in the energy matrix fromvarious countries and with that, the discussion about the influence that the connection ofwind farms can cause in the power grid, preserving power quality and system stability has become the subject of most importance for the sector. This paper broaches theinterconnection of wind farms in power system highlighting the impacts that these newinstallations may cause the operation of the electric system. Within this proposal, anoverview of wind energy in the world and its development in Brazil's installed windcapacity, settings, classifications and regulations of the integration of wind farms to thegrid is displayed. Are also addressed the impact of the interconnection of wind power tothe electrical system within the power quality parks, to the variations of short - term effectsof short circuits in the system voltage, the temporal variability of these effects at the pointof connection to the network the Point of Common Connection (PCC), in addition to theimpact that the installation of wind power plants can cause the environment. The analyzes performed in this study sought to evaluate the behavior of the wind farm connected to the power system in accordance with criteria established by the operator of the electric system

(ONS) in the most severe operating conditions, in terms of its ability to withstand faults inthe power grid.

Keyword: Interconnection, wind power, impact, power quality, voltage sags.


10/111

vi

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 1

1.1 ENERGIA EÓLICA NO BRASIL ..................................................................................... 3

1.2 MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO ...................................................... 6

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ................................................................................. 7

2. INTEGRAÇÃO DE PARQUES EOLIELÉTRICOS NO SISTEMA ELÉTRICODE POTÊNCIA ................................................................................................................... 9

2.1 REVISÃO BIBLIOGRAFICA ............................................................................................... 11

3 SISTEMAS DE GERAÇÃO EÓLICA ......................................................................... 14

3.1 SISTEMAS ISOLADOS ........................................................................................................ 14

3.2 SISTEMAS HÍBRIDOS ......................................................................................................... 15

3.3 SISTEMAS INTERLIGADOS .............................................................................................. 16

3.4 CONFIGURAÇÕES DO AEROGERADOR ........................................................................ 19

4 CONSIDERAÇÕES PARA A CONEXÃO DE PARQUES EÓLICOS .................... 25

4.1 REGULAMENTAÇÃO TÉCNICA ....................................................................................... 25

4.1.1 ANÁLISE DOS CÓDIGOS DE REDE .......................................................................... 30

4.2 REQUISITOS DE ACESSO À REDE ELÉTRICA NO BRASIL ........................................ 31

4.3 FORMAS DE ACESSO AO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO ................................... 33

5. IMPACTOS DA CONEXÃO DE PARQUES EÓLICOS NO SEP .......................... 36

5.1 QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA ........................................................................... 36

5.1.1 IMPACTOS EM REGIME PERMANENTE .................................................................. 37

5.1.2 IMPACTOS EM REGIME DINÂMICO ........................................................................ 39

5.1.3 IMPACTOS EM REGIME TRANSITÓRIO .................................................................. 43

5.1.4 VARIAÇÃO DE FREQUÊNCIA ................................................................................... 47

5.1.5 EFEITO DA INTERFERÊNCIA ELETROMAGNÉTICA (EMI) ................................. 48

5.2 IMPACTOS AMBIENTAIS .................................................................................................. 49

6. ESTUDO DE CASO ...................................................................................................... 51


11/111

vii

6.1 REPRESENTAÇÃO DE PARQUES EÓLICOS PARA ESTUDOS NO SEP ...................... 51

6.1.1 APRESENTAÇÃO DO PARQUE EÓLICO EM ESTUDO .......................................... 53

6.1.2 MODELAGEM ............................................................................................................... 54

6.2 IMPACTOS ELÉTRICOS ..................................................................................................... 59

6.2.1 AFUNDAMENTOS EQUILIBRADOS ......................................................................... 59

6.2.2 AFUNDAMENTOS DESEQUILIBRADOS .................................................................. 66

6.2.3 ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS .................................................................. 73

7. CONCLUSÕES .............................................................................................................. 75

7.1 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................................. 77

8. REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 78

APÊNDICE A .................................................................................................................... 84

APÊNDICE B ..................................................................................................................... 87

ANEXO A ........................................................................................................................... 90

ANEXO B ........................................................................................................................... 94


12/111

viii

LISTA ABREVIATURAS E SIGLAS

ABEEólica Associação Brasileira de Energia EólicaAMT Afundamento Momentâneo de Tensão

AVF-SCIG Aerogerador de Velocidade Fixa com Gerador de Indução de Rotor emGaiola

AVV-GIDA Aerogerador de Velocidade Variável com Gerador de Indução DuplamenteAlimentado

AVV-PMSG Aerogerador de Velocidade Variável com Gerador Síncrono de ImãsPermanentes

AVV-WRSG Aerogerador de Velocidade Variável com Gerador Síncrono AlimentadoEletricamente

CLM Conversor do Lado da Máquina

CLR Conversor do Lado da RedeDFIG Doubly Fed Induction Generator

DTH Distorção de Tensão Harmônica

EIA Estudo de Impacto Ambiental

EMI Eletromagnetic Interference

EPE Empresa de Pesquisa Energética

FT Fator de Transferência

GIDA Gerador de Indução Duplamente Alimentado

GWEC Global Wind Energy Council

IEEE Institute of Eletrical and Eletronics Engineers

LFA Leilão de Fontes Alternativas

LRE Leilão de Reserva

ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Instituto_de_Engenheiros_Eletricistas_e_Eletr%C3%B4nicoshttp://pt.wikipedia.org/wiki/Instituto_de_Engenheiros_Eletricistas_e_Eletr%C3%B4nicos


13/111

ix

PCA Projeto de Controle Ambiental

PCC Ponto de Conexão Comum

PCH Pequena Central HidrelétricaPMSG Permanent Magnet Synchronous Generator

PROINFA Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia Elétrica

PROREDE Procedimentos de Rede

QEE Qualidade da Energia Elétrica

RAS Relatório Ambiental Simplificado

SCIG Squirrel-Cage Induction Generator

SEP Sistema Elétrico de Potência

SIN Sistema Interligado Nacional

VTCD Variação de Tensão de Curta Duração

WRSG Wound Rotor Synchronous Generator

WWEA World Wind Energy Association


14/111

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Capacidade eólica instalada no período de 1997 a 2013...................................... 2

Figura 2 – Capacidade eólica instalada em diversos países. ................................................. 2

Figura 3 – Matriz de eletricidade brasileira. .......................................................................... 3

Figura 4 – Potência eólica instalada de 2005 até 2017. ......................................................... 4

Figura 5 – Configuração de um sistema eólico isolado. ...................................................... 15

Figura 6 – Configuração do sistema híbrido solar-eólico-diesel. ........................................ 15

Figura 7 – Conexão através de um transformador por aerogerador à rede elétrica. ............ 17

Figura 8 - Conexão através de um transformador por conjunto de aerogeradores à rede. .. 18

Figura 9 – Grupo eólico de velocidade fixa conectada diretamente à rede elétrica. ........... 20

Figura 10 – Grupo eólico conectado à rede através de soft starter . .................................... 21

Figura 11 – Grupo eólico conectado a rede através do conjunto retificador/inversor. ........ 22

Figura 12 – Grupo eólico com gerador de indução duplamente alimentado. ...................... 23

Figura 13 – Grupo eólico com gerador com rotor (a) bobinado; (b) ímãs permanentes. .... 24

Figura 14 – Curva de suportabilidade a faltas para rede de distribuição. ............................ 26

Figura 15 – Curva de suportabilidade à falta no nível de transmissão. ............................... 27

Figura 16 – Curva LVRT aos centros geradores de energia em Portugal. .......................... 27

Figura 17 - Suportabilidade a faltas no sistema de transmissão. ......................................... 28

Figura 18 – Curva de suportabilidade à falta aplicada no Canadá. ..................................... 29

Figura 19 – Curva de suportabilidade a faltas para parques eólicos conectados a rede ...... 29

Figura 20 – Curva de suportabilidade a falta na rede básica dos aerogeradores. ................ 44

Figura 21 – Aerogerador contendo circuito de proteçãocrowbar ....................................... 45

Figura 22 – Tipos de circuito de proteçãocrowbar ............................................................. 46

Figura 23 – Dispersão dos sinais eletromagnéticos pelas turbinas eólicas.......................... 48

Figura 24 – Exemplo de conexão de parque eólico com o SEP. ......................................... 52

Figura 25 – Esquema elétrico do parque eólico em estudo. ................................................ 53


15/111

xi

Figura 26 – Parque eólico no PSCAD. ................................................................................ 54

Figura 27 – Interação entre o modelo da turbina e gerador. ................................................ 55

Figura 28 – Máquina de indução no referencial dq síncrono. ............................................. 56 Figura 29 – Topologia do conversor do lado da máquina. .................................................. 58

Figura 30 – Topologia do conversor do lado da rede. ......................................................... 58

Figura 31 – Bloco correspondente à falta trifásica e controle do tempo da falta. ............... 59

Figura 32 – Circuito correspondente ao controle da intensidade da falta trifásica.............. 60

Figura 33 - Afundamento de tensão de 60% no PCC. ......................................................... 61

Figura 34 – Afundamento de tensão de 40% no PCC. ........................................................ 61

Figura 35 – Afundamento de tensão de média severidade. ................................................. 62

Figura 36 – Atuação da proteçãocrowbar no inicio do afundamento de tensão. ............... 63

Figura 37 – Atuação continua do crowbar após restauração do sistema. ............................ 63

Figura 38 – Atuação do sistema de proteção do parque eólico. .......................................... 64

Figura 39 – Afundamento de tensão de 80% dentro de 500 ms. ......................................... 65

Figura 40 – Atuação do disjuntor de proteção do parque eólico. ........................................ 65

Figura 41 - Corrente do rotor durante afundamento de tensão com uso docrowbar . ......... 66

Figura 42 – Bloco lógico para simulação de faltas assimétricas. ........................................ 67

Figura 43 – Falta monofásica aplicada no PCC. ................................................................. 68

Figura 44 – Afundamento de tensão oriundo de falta monofásico no PCC. ....................... 69

Figura 45 – Amortecimento da corrente no rotor durante o afundamento de tensão. ......... 69

Figura 46 – Correntes oriundas da falta bifásica do tipo Fase-Fase no PCC. ..................... 70

Figura 47 – Afundamento de tensão devido à falta bifásica no PCC. ................................. 70

Figura 48 – Afundamento de tensão devido à falta bifásica para terra. .............................. 71

Figura 49 – Tensão na fase não afetada pela falta bifásica. ................................................ 71

Figura 50 – Correntes do PCC oriunda da falta bifásica para terra. .................................... 72

Figura 51 – Ativação docrowbar durante o afundamento de tensão. ................................. 72


16/111

xii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Capacidade eólica instalada por estado no Brasil. ................................................ 5 Tabela 2 – Classificação das tensões no Brasil. .................................................................. 16

Tabela 3 - Condições de suportabilidade a faltas de parques eólicos na Dinamarca. ......... 26

Tabela 4 - Sumário da suportabilidade a faltas de parques eólicos para diferentes países.. 31

Tabela 5 – Efeitos das turbinas eólicas no sistema elétrico. ................................................. 36

Tabela 6 – Faixa da tensão de leitura (TL) em relação à tensão contratada (TC). .............. 37

Tabela 7 – Limites globais de tensão expressos em (%) da tensão fundamental. ............... 39

Tabela 8 – Limites globais de flutuação de tensão. ............................................................. 42

Tabela 9 – Fatores de transferência (FT). ............................................................................ 42

Tabela 10 – Denominação das variações de tensão de curta duração. ................................ 43

Tabela 11 – Comparação dos impactos entre fontes de energia. ......................................... 50


17/111

1

1. INTRODUÇÃO

A pressão ambiental a favor da redução do uso de fontes de energia poluentes, a

diminuição dos níveis de armazenamento dos reservatórios das hidrelétricas, a necessidadede suprir a crescente demanda por energia elétrica, a escassez de petróleo associado àvolatilidade do preço do barril e a diversificação da matriz energética, são alguns doselementos que impulsionam o crescimento das fontes renováveis, e.g. eólica, solar, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas (PCHs).

Neste cenário, o Brasil também reconheceu a necessidade de ampliar e diversificar amatriz energética nacional, através das fontes alternativas de energia que até então não

tinham sua utilização em larga escala devido ao custo pouco competitivo se comparado àsfontes tradicionais de energia elétrica, pois, apesar de possuir cerca de 70% da sua geraçãode energia obtida a partir de usinas hidrelétricas, que são fontes de energia limpa, estas possuem restrições por causar grandes impactos ambientais (WWF, 2012).

O aproveitamento da energia eólica vem se destacando como uma fonte promissora eeconomicamente competitiva, pois, com o avanço tecnológico alcançado nos últimos anos,o custo da geração eólica está se aproximando dos custos das fontes convencionais de

energia devido aos incentivos governamentais empregados e o aumento da escala de produção neste setor. Os incentivos permitem que os sistemas de conversão eólica não sótenham a tecnologia necessária para a geração de energia oriunda dos grandes parqueseólicos, como também permite a utilização na forma de geração distribuída, visandoflexibilizar o sistema elétrico com o consequente aumento na segurança operacional, naredução de perdas de transmissão de energia e também, na diminuição dos grandesimpactos socioambientais inerentes a expansão energética.

O paradigma de produção e consumo de energia com economia, eficiência esegurança e a integração das fontes renováveis com as fontes convencionais leva a umnovo modelo de sistema de geração de energia elétrica menos centralizada que o atual,como por exemplo, as redes inteligentes que preveem o uso de sistemas de geração deenergia local em pequena escala (micro geração), preferencialmente renovável, e ogerenciamento do consumo. Neste aspecto, a interligação de parques eólicos ao SistemaElétrico de Potência (SEP) oferece maior segurança no suprimento nos momentos em quea produção por fontes tradicionais é menor (MME, 2010).


18/111

2

O gráfico da Figura 1 mostra a evolução mundial da instalação de parques eólicos no período de 1997 a 2013, na qual fica evidente a quantidade de potência eólica, 318 GW,inserida no setor elétrico até 2013 (WWEA, 2014).

Figura 1 – Capacidade eólica instalada no período de 1997 a 2013. (WWEA, 2014) (Adaptada)

O gráfico da Figura 2 evidencia a baixa expressividade da geração eólica do Brasilno cenário mundial, a despeito dos investimentos no setor, tendo atingido 2.788 MWinstalados (WWEA, 2013).

Figura 2 – Capacidade eólica instalada em diversos países. (WWEA, 2013) (Adaptada)


19/111

3

O intenso incremento de capacidade nos últimos anos provocou a redução dos custosda tecnologia eólica disponível no mercado, hoje associado aos incentivos governamentaisde cada país. Isso estimula o desenvolvimento de conhecimento e empregos e contribui

para a expansão da oferta energética e, o Brasil, apesar de possuir um potencial econômicoevidentemente menor quando comparado com os países líderes em instalação eolielétrica, já possui experiência na execução de programas de incentivo a fontes limpas que visam àampliação da capacidade de geração de energia elétrica.

1.1 ENERGIA EÓLICA NO BRASIL

Apesar da energia eólica ainda ser pouco representativa na matriz energética nacionalquando comparada com o aproveitamento do potencial das fontes hídricas e térmicas,atualmente a capacidade eólica instalada no Brasil responde por aproximadamente 2% da potência elétrica gerada, como apresentado no gráfico da Figura 3 (ABEEólica, 2013).

Figura 3 – Matriz de eletricidade brasileira. (ABEEólica, 2013)

A ampliação da capacidade de gerar energia elétrica a partir da fonte eólica no Brasilfoi iniciada em 2002, com a criação do Programa de Incentivo às Fontes Alternativas deEnergia Elétrica (PROINFA), que estimulou o desenvolvimento de fontes alternativas deenergia destinadas a diversificar a matriz energética do país, sendo 3.300 MW decapacidade distribuída entre as fontes contempladas, 1.423 MW foram de projetos de

geração eolielétrica. Registrou a existência de 51 parques eólicos totalizando 926 MW de potência instalada correspondentes a 40 projetos deste programa até 2010 (Renergy, 2010).


20/111

4

Com o PROINFA, a geração eólica continua recebendo incentivos através demecanismos de contratação regulada habilitados pelo MME, para a contratação de energiaelétrica através de leilões (LER-2009, LFA-2010, LER-2010, LER 2011 e LFA 2012), que

permitirá aumentar até 5.300 MW de potência eólico instalado para o horizonte de 2013 e8.802,1 MW até 2017. O gráfico da Figura 4 apresenta a potência eólica instalada no Brasilde 2005 com previsão de ampliação da capacidade eólica até 2017 (ABEEólica, 2013).

Figura 4 – Potência eólica instalada de 2005 até 2017. (ABEEólica, 2013)

Nestas circunstâncias, a implantação de usinas eolielétricas1 continua sendo umaalternativa para o setor elétrico, pois boa parte deste crescimento é devido ao compromissoos países assinantes do protocolo de Kyoto em cumprir seus acordos de redução das

emissões de gases de efeito estufa (Procobre, 2010). Investimentos na ampliação dacapacidade de geração de energia elétrica a partir da exploração das fontes eólica, biomassa, solar e PCHs, trazem benefícios com relação aos custos de produção de energia,diminuem a emissão de gases do efeito estufa e aumentam a oferta energética. Bem como,

1 Eolielétrica – Expressão adotada pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) para designar UsinasEólicas ou Parques Eólicos.


21/111

5

a utilização e tecnologias limpas também contribui para elevar o país a uma posição dedestaque na economia de baixo carbono2.

Além disso, o aproveitamento da energia dos ventos nesta região apresenta um

aspecto estratégico e favorável para a geração de energia elétrica nacional (MME, 2010).Como por exemplo, a complementaridade sazonal da gestão hídrica e eólica potencializauma maior estabilidade na oferta de energia, já que em períodos de estiagem, quando as barragens estão em seu nível mais baixo, coincidem com o período de maior incidência eintensidade de ventos. Com isso, há um equilíbrio quase perfeito entre a geração das usinaseolielétrica e hidrelétrica para garantir o suprimento de energia contínuo e confiável aolongo do ano, o que diminui os riscos de “apagões” energéticos, além de preservar as

bacias hidrográficas fechando ou minimizando o uso das hidrelétricas. O melhor exemplodesta sazonalidade está na região do Rio São Francisco.

Esta complementaridade justifica os investimentos do setor elétrico que contemplam principalmente a geração eólica, em face da baixa pluviosidade e a distribuição geográficados recursos hídricos existentes no país. Segundo a ABEEólica, atualmente a região Nordeste possui 81 dos 111 parques eólicos em funcionamento no Brasil, dos quais 25estão no estado do Rio Grande do Norte (capacidade total de 727,2 MW), como mostrado

na Tabela 1 (ABEEólica, 2013).

Tabela 1 – Capacidade eólica instalada por estado no Brasil. (ABEEólica, 2013)

Estado Número de Parques Potência Instalada (MW)Pernambuco 5 24,8Rio de janeiro 1 28,1Sergipe 1 34,5

Paraíba 13 69,0

Santa Catarina 13 236,4Bahia 18 414,5

Rio Grande do Sul 14 440,0

Ceará 19 588,8Rio Grande do Norte 25 727,2

Total 111 2563,25

2 Economia de Baixo Carbono – Processos produtivos e soluções tecnológicas que resultam em menor

impacto sobre o clima do planeta, com destaque para a busca de eficiência e alternativas energéticas,redução de emissões e gestão em sustentabilidade.


22/111

6

Considerando o perfil do sistema elétrico brasileiro com geração hidroelétrica degrande porte, distantes dos centros de consumo, e a necessidade de ampliar e flexibilizaresse sistema através da diversificação da matriz energética, de modo a atender a demanda

crescente e a evitar o colapso energético, é interesse do Setor avaliar as possibilidades deintegração de geração eólica ao sistema elétrico existente, em todas as configurações possíveis:

Como sistema isolado, em locais que ainda não são atendidos pela rede elétricaexistente;

Como grandes centros geradores de energia, que são usinas eólicas de grande porte;

Como geração distribuída, em utilização direta pelos consumidores.

Estudos vêm sendo feitos com relação aos problemas inerentes à integração dossistemas eolielétricos e o SEP convencional, quanto às variações de potência devido àsoscilações da velocidade do vento, a possibilidade de conexão de aerogeradores em locaisremotos com pontos de acesso com baixa potência de curto-circuito, a variabilidade datecnologia empregada na conversão eolielétrica que têm sido as principais questõesconsideradas quanto à inserção segura desta fonte.

Desta forma, a fim de estender as análises e considerando aspectos transitórios dosistema elétrico, os objetivos desta dissertação são apresentados no item seguinte.

1.2 MOTIVAÇÃO E OBJETIVOS DA DISSERTAÇÃO

Devido ao crescimento exponencial do número de usinas pelo mundo e no Brasil,como já mencionado anteriormente, a participação da energia eólica na rede elétrica tem

aumentado bastante e, por conseguinte, os aerogeradores começam a interagir com cargas eoutros componentes do sistema elétrico, influenciando o comportamento sistêmico comoum todo (Mendes et al., 2008). Sendo assim, esforços têm se desenvolvido para o estudoda integração de aerogeradores com a rede elétrica.

Em vários países, os operadores do sistema elétrico têm desenvolvido critérios para aintegração de usinas eólicas a rede elétrica. Estes critérios agregam, entre outros requisitos,a suportabilidade de usinas frente àfaltas (“ ride-through fault capability “ ou RTF) (Erlich

and Bachmann, 2005), isto é, a capacidade de manter-se conectadas à rede duranteafundamentos momentâneos de tensão (AMTs) no ponto comum de conexão (PCC). No


23/111

7

Brasil, como em várias nações, um requisito de suportabilidade frente à AMTs foi proposto pelo ONS buscando garantias para a manutenção da qualidade da energia e da estabilidadedo sistema elétrico. Os requisitos presentes nos códigos de rede mais modernos, no que se

refere aos aerogeradores, são abrangentes e podem tratar os parques eolielétricos cada vezmais como uma usina convencional no SEP.

Neste contexto, o objetivo geral deste trabalho é apresentar os aspectos dainterligação de sistemas eolielétricos ao sistema elétrico mostrando as principaisconfigurações e requisitos técnicos relacionados à conexão, destacando os impactos daoperação destes sistemas no ponto de conexão comum (PCC).

O objetivo específico é analisar o comportamento de um parque eólico conectado à

rede de transmissão frente aos afundamentos de tensão no ponto comum de conexão (PCC)diante de curtos-circuitos no sistema elétrico de acordo com os requisitos desuportabilidade dos aerogeradores a sobtensões – low voltage ride-through - (LVRT),definidos nos Procedimentos de Rede do Sistema Elétrico Brasileiro.

Devido ao fato do afundamento de tensão ser um dos principais responsáveis pelaqueda na qualidade de energia do sistema, o estudo do mesmo será de grande relevância para o presente trabalho, pois o comprometimento da qualidade da energia pode ocasionar

prejuízos financeiros, parando processos fabris, apesar de existirem dispositivoseletrônicos que possibilita uma rápida compensação de afundamentos.

1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO

Esta dissertação encontra-se dividida em oito capítulos. Este capítulo – Introdução -traz uma breve introdução sobre a energia eólica mostrando as perspectivas da energiaeólica mundial e no Brasil destacando os países que utilizam a geração eólica a fim dediversificar a matriz energética nacional e apresenta a proposta desta dissertação.

O capítulo dois – Integração de Parques Eolielétricos no Sistema Elétrico dePotência – apresenta uma pesquisa bibliográfica com a finalidade de contextualizar o temae servir de referencial para as conclusões obtidas nas simulações realizadas no presentetrabalho. Na sequência, o capítulo três – Sistemas Eólicos - apresenta os tipos de sistemaseólicos e suas topologias. O capítulo quatro - Considerações para a Conexão de ParquesEólicos – apresenta as principais regulamentações e requisitos técnicos para a conexão de

parques eólicos à rede elétrica. O capítulo cinco -Impactos da Interligação de Parques


24/111

8

Eólicos ao SEP - aborda os impactos da interligação de parques eólicos no sistema elétricono âmbito da qualidade de energia elétrica, com foco nas variações de tensão de curtaduração decorrentes de curtos-circuitos ocorridos no ponto de interligação dos sistemas.

O capítulo seis - Estudo de Caso- apresenta uma simulação de um caso exemplo deinterligação de um parque eólico à rede elétrica diante de afundamentos de tensão no pontode conexão comum (PCC). O capítulo sete – Conclusões e Recomendações - aponta asconclusões resultantes deste trabalho e indica propostas de continuidade e aprofundamentodo tema pesquisado e áreas afins.


25/111

9

2. INTEGRAÇÃO DE PARQUES EOLIELÉTRICOS NO SISTEMAELÉTRICO DE POTÊNCIA

Inicialmente, unidades eólicas eram utilizadas de forma isolada, fornecendo baixa potência para pequenos consumidores em formas híbridas de geração, tais como sistemascompostos por unidades eólicas e baterias ou unidades eólicas e geradores a diesel, o quecaracterizou os primeiros sistemas eólicos a conectarem-se no sistema elétrico de alguns países. Com o desenvolvimento de tais sistemas de conversão de energia, os aerogeradoresadquiriram potências elevadas e a conexão destes ao sistema elétrico passou a ser realizadaem maior escala, primeiramente em sistemas de distribuição de energia elétrica conectadas

diretamente à rede elétrica, de forma unitária ou em conjunto, formando os parqueseólicos. Com a evolução tecnológica experimentada no setor eólico ao longo dos anos, os parques eólicos passaram a gerar uma quantidade elevada de potência a ser inserida nosistema elétrico e o grupo de aerogeradores é então conectado ao sistema de transmissão deenergia elétrica.

O comportamento do SEP é ditado pelas características do sistema de geração e pordeterminados tipos de cargas. Um sistema elétrico constituído por sistemas de conversão

de energia eólica apresenta um comportamento diferente dos sistemas elétricosconvencionais, estes compostos por geradores síncronos, a exemplo das hidrelétricas.Dentre as tecnologias utilizadas na conversão eolielétrica destacam-se aerogeradores develocidade fixa com geradores de indução de rotor em gaiola (AVF-SCIG)3, aerogeradoresde velocidade variável com geradores de indução com dupla alimentação (AVV-GIDA),aerogeradores de velocidade variável com geradores síncronos com conversor instalado noestator, sendo o rotor alimentado eletricamente (AVV-WRSG) ou por ímãs permanentes

(AVV-PMSG). Até pouco tempo atrás, AVF-SCIG eram bastante empregados por setratarem de máquinas robustas, porém, a tecnologia AVV-GIDA é uma das com maior penetração no mercado eólico devido às vantagens econômicas e operacionais, como a deutilizar conversores dimensionados para apenas uma parcela da potência nominal damáquina, geralmente 30% (Hansen et al., 2007). Apesar destas vantagens, a tecnologiaGIDA é alvo de estudo em muitos trabalhos em decorrência da sua rápida expansão etambém por este sistema ser suscetível a distúrbios provenientes da rede elétrica. Os3

SCIG, WRSG e PWSG são siglas em inglês para Squirrel-Cage Induction Generator, Wound RotorSynchronous Generator e Permanent Magnet Synchronous Generator , respectivamente.


26/111

10

detalhes sobre essa tecnologia de geração é largamente difundido na literatura, o que fazcom que muitos estudos tratem desde a modelagem do sistema até o desenvolvimento decomplexas estratégias de controle. Uma contribuição fundamental nesta área, e uma das

primeiras, é a de (Akhmatov, 2003) que trata da modelagem de aerogeradores de indução.Outro trabalho relevante é o de (Kayikci et al., 2008) onde foram analisadas assimplificações dos modelos e parâmetros do GIDA.

O progresso da tecnologia eólica experimentado nos últimos anos superou asexpectativas, levando à redução de custos para níveis comparáveis, em muitos casos, comos dos métodos convencionais de geração de energia elétrica. Este desenvolvimento suscitauma série de desafios em matéria de operação estável da rede, qualidade de energia e de

comportamento do sistema diante de distúrbios no sistema. Em geral, os grandes parqueseólicos encontram-se em locais afastados e de difícil acesso onde as redes de conexão possuem impedâncias elevadas, entretanto, os problemas inerentes a esse tipo de geração,como variação da potência ativa e tensão no ponto comum de conexão (PCC) decorrentesda variação da velocidade do vento, podem tomar proporções maiores (Suvire et al., 2008).Pois, em projetos envolvendo fontes renováveis como a eólica, o reforço no sistema detransmissão pode inviabilizar o empreendimento já que o custo de capacidade de geração

em termos de kW instalado é relativamente alto e os projetos envolvendo tais fontes sãoem geral de pequeno porte (baixa e média potência) (O’Gorman e t al., 2003).

A incorporação da energia eólica, de forma significativa, no SEP pode afetar aoperação do sistema. No passado, os requisitos para turbinas eólicas estavam focados principalmente na proteção do equipamento, de forma que, em caso de falha na rede, nãoera considerado o impacto que os aerogeradores poderiam ter sobre a rede elétrica,existindo regras para a desconexão. No entanto, com o aumento do nível de injeção de

energia eólica, a perda de uma parte considerável de MW dos geradores eólicos em caso defalha na rede tornou-se inaceitável, já que a estabilidade do sistema de potência pode serafetada negativamente. Para garantir a estabilidade do sistema elétrico, os operadores desistemas elétricos em vários países definiram requisitos mínimos de conexão à rede parageradores eólicos, também conhecidos como grid code (ou procedimentos de rede, comodenominado no Brasil) (Valentini, et al., 2008).

Os requisitos de suportabilidade a afundamentos de tensão dos aerogeradores noPCC decorrentes de faltas na rede elétrica – low ride-through – são os motivos de análisedeste trabalho. Nos Procedimentos de Rede, estabelecidos pela Aneel, o Submódulo 3.6 –


27/111

11

Requisitos técnicos mínimos para a conexão às instalações de transmissão, revisão 1.1 -esta capacidade é especificada por um perfil de tensão que os parques eólicos devemsuportar e permanecerem conectadas à rede, mesmo que as quedas de tensão atinjam

valores muito baixos.

2.1 REVISÃO BIBLIOGRAFICA

Com o potencial de energia eólica, com significativa predominância na Região do Nordeste brasileiro, estudos vêm sendo feitos a fim de verificar os impactos da geraçãoeólica no sistema. E a escolha adequada da tecnologia a ser adotada para os parques eólicos

pode minimizar os impactos na qualidade de energia, estabilidade de tensão e estabilidadetransitória, pois é um fator importante para o correto dimensionamento do sistema, comotratado no artigo da referência (Perrota et al., 2013).

Com o crescente número de parques eólicos interligados ao SEP, as concessionáriasque administram o sistema de transmissão vêm exigindo uma participação mais efetivadesse tipo de geração a fim de garantir que indicadores de qualidade de tensão econfiabilidade sejam preservados (Pires et al., 2008; Schulz, 2009; Yong et al., 2010).Como exemplo disso, tem-se o critério de suportabilidade a afundamentos momentâneosde tensão (AMTs). Até pouco tempo atrás, as centrais eólicas eram desconectadas dosistema caso a tensão em seus terminais caíssem abaixo de 0,8 pu. Atualmente, algunscódigos de rede estabelecem que na presença de um AMT nos terminais da central eólica, amesma deve permanecer conectada durante um tempo. Na Alemanha, por exemplo, mesmocom a tensão no PCC chegando a zero, a central eólica deve permanecer conectada(Ferreira et al., 2008). Em alguns países europeus, onde os requisitos técnicos à conexão decentrais eólicas no SEP são mais severos, exige-se que as mesmas participem do controle primário de frequência com 3-5% da capacidade de potência fornecida.

Dependendo da tecnologia utilizada na conversão eolielétrica, diversas questões junto aos operadores e proprietários de redes elétricas acessadas têm sido alvo de estudosem muitos trabalhos. Uma delas tem sido a influência da operação, em larga escala, decentrais eólicas sobre a estabilidade do sistema elétrico, a fim de evitar desvios naqualidade da energia decorrentes da conexão destas usinas. Os autores da referência(Santos et al., 2011) avaliaram os critérios atuais utilizados, e quando necessário, identifica

novos critérios, relacionados com a instalação, tecnologia do aerogerador e características


28/111

12

da rede elétrica acessada, baseando-se em simulações de redes elétricas contempladas comusinas eólicas, com o objetivo de confirmar a possibilidade de atendimento aos requisitosimpostos pelos códigos de rede. Autores (Abbey et al., 2005) sugerem que, com o aumento

do consumo de energia em todo o mundo, a geração eólica, em especial, seráinevitavelmente obrigada a aderir às mesmas normas que o sistema de geração de energiaconvencional.

De acordo com a referência (Lima, 2009), os códigos para a conexão de parqueseólicos à rede elétrica podem ser resumidos nos seguintes requisitos:

(i) capacidade de resistir a quedas severas de tensões ou low voltage ridethrough;

(ii) capacidade de controle de potência reativa capacitiva, e, num grau menor;(iii) capacidade de controlar a potência ativa de saída da fazenda eólica, como

especificada pelos códigos alemão, britânico e irlandês (E.ON-DE, 2006; NGET-UK,2008;ESB-IE,2007).

De acordo com a referência (Firmino et al., 2013), os PCC apresentam baixo nível decurto-circuito e diante disso, analisaram o comportamento do conjunto vento-turbina emestudos de impactos da conexão dos parques eólicos à rede elétrica, destacando os efeitos

relacionados com as oscilações de potências, correntes e tensões e suas interações com osindicadores de flutuação de tensão, harmônicos e variações de tensão junto ao PCC atravésde modelagem matemática e modelos de máquinas elétricas.

Modelagens matemáticas para simulação dinâmica de geradores eólicos de induçãodo tipo gaiola e de dupla alimentação ligados à rede de transmissão de energia elétrica sãotemas de vários artigos como (Ye et al., 2008; LI et al., 2009). Muitos trabalhos tratam damodelagem matemática do GIDA, projeto das suas malhas de controle e estudos de

estabilidade, como Oliveira (2009), Mohamed et al. (2004), dentre muitos outros. Porém,um grande inconveniente para os aerogeradores de velocidade variável, especialmente osequipados com GIDA, é o seu funcionamento durante faltas na rede. Um curto-circuito narede elétrica, mesmo longe do local do aerogerador, pode causar uma importante queda natensão do PCC. Recentemente muitos artigos têm surgido tratando especificamente daquestão da influência dos afundamentos de tensão no GIDA. Em Erlich et al. 2007 mostraresultados de simulação do comportamento da tecnologia GIDA durante afundamentos detensão equilibrados, enquanto em Seman et al. 2006 as simulações mostram resultados paraafundamentos desequilibrados. López et al. 2008 apresentam o comportamento do


29/111

13

aerogerador GIDA frente a afundamentos equilibrados e desequilibrados, respectivamente,do ponto de vista matemático.

Tendo em vista a exigência dos códigos de rede em manter os parques eolielétricos

conectadas à rede durante os afundamentos, grande parte dos trabalhos que abordam ocomportamento do GIDA durante os AMT‘s, descrevem também formas de melhorar o

“ride -through fault capability“ ou RTF dessa tecnologia. Uma forma de melhorar asuportabilidade e proteger o GIDA tratada na literatura é o uso do dispositivo “ crowbar “.

Lohde et al. (2007), Morren and de Haan (2005), Ling et al. (2009), Anaya-Lara et al.(2008), dentre outros artigos, mostram resultados do uso desse dispositivo, o qual tambémserá utilizado e discutido no presente trabalho. Outros trabalhos (Hu et al., 2011) propõem

estratégias de controle para a melhoraria o desempenho dos sistemas equipados com atecnologia GIDA durante os afundamentos. A exemplo da referência (Mendes et al., 2012),que a implementação de estratégias de controle é proposta para reduzir as componentesnatural e de sequência negativa das correntes do rotor através do uso de controladoresressonantes para modificar o comportamento do GIDA durante afundamento. Outro artigo(Cota et al., 2012) propõe controlar a resistência externa do aerogerador através do Métodode Newton-Raphson, no qual os resultados mostraram que é possível diminuir a aceleração

do gerador durante a falta e consequentemente retornar as condições anteriores aoafundamento em um menor intervalo de tempo.

Para a elaboração da dissertação foi realizada a pesquisa bibliográfica com o objetivode aprofundar e amadurecer o tema escolhido, observando-se os estudos já realizados emdiversos países e as respostas encontradas em relação ao tema. Artigos foram citados sobrea interligação de parques eólicos equipados com aerogeradores GIDA diante deafundamentos de tensão no PCC, apresentando suas ideias principais e as pesquisas

realizadas, com a finalidade de contextualizar o tema e servir de referencial para asconclusões obtidas nas simulações realizadas no presente trabalho.


30/111

14

3 SISTEMAS DE GERAÇÃO EÓLICA

Os aerogeradores são equipamentos que realizam conversão de energia cinética

contida nos ventos em energia elétrica. Esses podem apresentar diversos tipos econfigurações devido à variedade de modificações que podem ser feitas na sua construçãoe instalação (Ackermann, 2005).

Os sistemas eólicos podem ser classificados quanto a sua aplicação em:

Sistemas isolados;

Sistemas híbridos;

Sistemas interligados à rede elétrica.

A seguir serão apresentadas as principais características de cada aplicação do sistemaeólico.

3.1 SISTEMAS ISOLADOS

Os sistemas eólicos isolados destinam-se à alimentação de cargas sem conexão coma rede elétrica. Para garantir a continuidade do suprimento de energia, adota-se umaunidade de armazenamento de energia de forma que, na ausência de vento, a continuidadedo fornecimento de energia seja garantida. Um exemplo de sistema de armazenamentoutilizado é o banco de baterias que necessita de um dispositivo de controle para monitoraro nível de carga e descarga das baterias, além de proteger contra sobrecarga ou descarga profunda, a fim de evitar danos no sistema isolado.

Para alimentação de equipamentos que operam com corrente alternada (CA) énecessário à utilização de uma unidade inversora que transforma a energia armazenada emcorrente contínua (CC) nas baterias em CA. A Figura 5 apresenta o esquema de um sistemaeólico isolado, onde a energia dos ventos captada pelo aerogerador de pequeno porte (≤ 10

kW) é convertida em energia elétrica e armazenada no banco de baterias (Dutra, 2009).


31/111

15

Figura 5 – Configuração de um sistema eólico isolado. (Dutra, 2009)

3.2 SISTEMAS HÍBRIDOS

Os sistemas eólicos híbridos são aqueles que operam conjuntamente com outrasfontes de energia como geração a diesel, módulos fotovoltaicos, PCHs, dentre outras. Sãoaplicados em sistemas de pequeno a grande porte (10 a 250 kW) destinados a atender umgrande número de usuários e/ou equipamentos (Dutra, 2009) e podem operar conectadosou isolados da rede elétrica. Quando conectados à rede principal através de um único PCC,constituem um subsistema, que dependendo da potência do conjunto gerador pode ser

classificado em microrrede ou minirede (Panelist, 2001).A utilização de várias formas de geração aumenta a complexidade deste sistema e

exige a otimização do uso de cada uma das fontes. Nestes casos, é necessário realizar umcontrole de todas as fontes para que haja um máximo aproveitamento da energia a serconsumida. A Figura 6 apresenta um sistema híbrido que, por alimentar diversas cargas emCA, também necessita de uma unidade inversora e um banco de baterias.

Figura 6 – Configuração do sistema híbrido solar-eólico-diesel. (Dutra, 2009)


32/111

16

3.3 SISTEMAS INTERLIGADOS

Os sistemas eólicos interligados à rede elétrica utilizam um grande número de

aerogeradores, que compõem os parques eólicos ou usinas eolielétricas e não necessitamde sistemas de armazenamento, uma vez que toda geração é entregue diretamente à rede dedistribuição ou à rede básica do sistema elétrico.

O ponto de conexão dos parques eólicos com o sistema elétrico é o elemento principal da interligação e este é definido como ponto de conexão comum (PCC). No PCCtambém é o ponto onde estão instalados os instrumentos de medição da energia gerada, bem como, onde são realizadas as análises dos impactos que a inserção de potência elétricagerada pela usina eolielétrica pode afetar na operação do sistema elétrico.

Há vários tipos de conexões, e a escolha certa depende das características do PCC,ou seja, da potência a ser instalada na rede e o nível de tensão envolvido. No Brasil,classifica-se o nível de tensão na rede elétrica de acordo com a Tabela 2 (Pinto, 2013).

Tabela 2 – Classificação das tensões no Brasil. (Custódio, 2007)

Classificação da Tensão Tensão (kV)

BT – Baixa Tensão Menor que 1.

MT – Média Tensão Entre 1 e 34,5.

AT – Alta Tensão Entre 34,5 e 230.

EAT – Extra Alta Tensão Entre 230 e 750.

UAT – Ultra Alta Tensão Maior que 750.

Grandes parques eólicos, com mais do que 10 a 15 MW, normalmente sãoconectados a uma rede de alta tensão, já para pequenos parques eólicos são conectados a

redes de Média Tensão (MT), geralmente entre 15 kV e 30 kV (Pinto, 2013). Em redes dedistribuição de energia, tanto em MT quanto em baixa tensão (BT), os sistemas eólicos seconfiguram como sistemas de Geração Distribuída (GD). Nesses casos, eventos dinâmicos,como por exemplo, os AMTs, costumam ser monitorados pelos sistemas supervisórios dasconcessionárias de energia e não são considerados críticos quando comparados àquelesocorridos em tensões acima de 69 kV, típicos dos sistemas de subtransmissão - transmissãoe principalmente quando esses parques eólicos estão interligados à rede básica em 230 kV.

No Apêndice A são apresentados aspectos relevantes com relação à GD interligada aosistema elétrico.


33/111

17

Além do PCC, a topologia da conexão entre os aerogeradores no parque eólico éconsiderada na interligação dos sistemas, uma vez que dependendo dos custos envolvidos podem-se estabelecer duas formas fundamentais de conexão:

Conexão usando um transformador por aerogerador;

Conexão usando um transformador para cada grupo de aerogeradores.

a) Conexão usando um transformador por aerogeradorA conexão usando um transformador por aerogerador é a mais utilizada em parques

eólicos de média tensão (> 10 kV). Em geral, este tipo de conexão é aplicada em

aerogeradores de potência nominal superior a 600 kW. Esta particularidade que cadaaerogerador possui o próprio transformador é uma das principais vantagens desta conexão, pois caso um transformador falhe, somente um aerogerador estará fora de operação. Nestecaso, o transformador fica localizado próximo da torre ou é parte integrante da nacele4.

A Figura 7 apresenta o esquema de conexão de aerogeradores, em que cadaaerogerador contem um transformador individual, estes são ligados ao transformadorelevador (subestação coletora) que faz a interligação por uma rede coletora a subestação

SEE da rede elétrica através do PCC (Rosas, 2006).

Figura 7 – Conexão através de um transformador por aerogerador à rede elétrica. (Rosas, 2006)

4

Nacele ou Casa de Máquinas ou gôndola tem a função de proteger todos componentes internos doaerogerador.


34/111

18

b) Conexão usando um transformador para cada grupo de aerogeradoresA conexão usando um transformador para cada conjunto de aerogeradores é utilizada

em parques eólicos de médio porte com potência nominal entre 100 kW e 300 kW. Esta

característica de que cada conjunto de aerogeradores possui um único transformador é umadesvantagem neste tipo de conexão, uma vez que se o transformador estiver emmanutenção, um conjunto de aerogeradores estará fora de operação, deixando de fornecer potência para a rede. Outra característica desse arranjo está na diminuição da potência dotransformador, pois quando funcionando em conjunto, os aerogeradores apresentam umfenômeno de cancelamento estatístico de picos de potência. A potência do transformador, para este caso, não será exclusivamente a potência de cada aerogerador somada, mas será o

valor da potência de cada aerogerador multiplicado pelo fator de cancelamento ( canc f ),definido abaixo (Rosas, 2006):

r Aerogera dor Aerogera docanc N

N f 1 (3.1)

Sendo r Aerogera do N , o número de aerogeradores agrupadas.

A Figura 8 apresenta o esquema de conexão de um transformador elevador por

conjunto de aerogeradores que faz a interligação do parque eólico com a subestação darede elétrica no PCC.

Figura 8 - Conexão através de um transformador por conjunto de aerogeradores à rede elétrica.(Rosas, 2006)


35/111

19

Após a classificação dos sistemas eólicos, a determinação do tipo de aerogeradordepende fundamentalmente das características dos seus componentes, especialmente comrespeito à tecnologia empregada no gerador utilizado na conversão eolielétrica. A seguir

serão apresentadas as principais configurações do gerador eólico.

3.4 CONFIGURAÇÕES DO AEROGERADOR

A conversão da energia eólica em energia elétrica é feita com o uso de geradoreselétricos de dois tipos:

Gerador de velocidade fixa;

Gerador de velocidade variável.Os geradores de velocidade fixa utilizam geradores assíncronos (de indução)

enquanto os de velocidade variável utilizam geradores síncronos e assíncronos.

3.4.1 GERADOR DE VELOCIDADE FIXA

Parques eólicos constituídos por geradores a velocidade fixa apresentam vantagensem relação a outras tecnologias, tais como:

Tecnologia simples e robusta;

Ausência de conversores eletrônicos;

Menor custo inicial;

Regulação de velocidade do rotor simples.O aerogerador de velocidade fixa é constituído de turbina eólica, multiplicador de

velocidade (caixa de engrenagem), gerador assíncrono (gaiola de esquilo) e um banco decapacitores para excitação básica da máquina, e para a correção do fator de potênciadevido ao consumo de reativo. A Figura 9 apresenta um esquema da aplicação da turbinaeólica com gerador de velocidade fixa interligado à rede elétrica através do equipamento

soft-starter , que tem a função de promover uma partida suave do gerador (Carvalho, 2006).A tecnologia empregada nesta configuração caracteriza-se por uma conexão direta

com a rede elétrica, pois, variações na velocidade do vento causa variação na potênciagerada que é diretamente transmitida à rede elétrica causando variação no torque e estressemecânico no eixo de transmissão e caixa de velocidade (caixa de engrenagens). Osaerogeradores de velocidade fixa são aplicados para potências de até 1MW em regiões

onde a velocidade dos ventos é aproximadamente constante (Rüncos et al., 2005).


36/111

20

Figura 9 – Grupo eólico de velocidade fixa conectada diretamente à rede elétrica. (Carvalho, 2006)

Uma desvantagem desta configuração é a necessidade da caixa de engrenagens(multiplicador de velocidade), uma vez que este equipamento quando falha, o tempo médio para reparo é longo, deixando o aerogerador indisponível. Consequentemente, esta falhamecânica no sistema de conversão eólica eleva o custo operacional da configuração devidoàs intervenções de manutenção corretivas e preventivas submetidas ao aerogerador(Carvalho, 2006).

3.4.2 AEROGERADOR DE VELOCIDADE VARIÁVELParques eólicos de velocidade variável têm se destacado principalmente nas

aplicações envolvendo altas potências, uma vez que o uso desta tecnologia possui avantagem de otimizar a energia capturada pelo aerogerador ajustando a velocidade derotação da mesma de acordo com a velocidade do vento. Dentre as vantagens no empregodesta tecnologia estão (Carvalho, 2006):

Máxima extração da potência do vento: o rendimento máximo aerodinâmico do

aerogerador depende da velocidade do vento e da velocidade da ponta da pá. Com a possibilidade de variação da velocidade do vento torna-se factível levar o funcionamentodo aerogerador ao rendimento máximo através da variação da velocidade de rotação dorotor do gerador;

Controle das potências ativas e reativas na rede elétrica: com o uso deconversores de frequência, tanto a potência ativa quanto a reativa injetadas na rede sãocontroláveis. O aumento da participação de grupos eolielétrico na matriz energética torna

esta característica imprescindível, pois permite grandes melhorias no âmbito da qualidadede energia e dinâmica do sistema;


37/111

21

Possibilidade da ausência da caixa multiplicadora de velocidade: alguns tiposde geradores eólicos operam sem a caixa de velocidade, que é um dos equipamentoscausador de falhas e indisponibilidade nos sistemas eólicos;

Emissão de ruídos reduzidos em velocidades baixas de operação.

O grupo eólico de velocidade variável pode ser constituído de um gerador síncronoou assíncrono, cujas principais configurações são:

a) Gerador assíncrono com resistência rotóricaEsta topologia utiliza um gerador de indução com rotor bobinado, onde os terminais

do rotor são conectados a uma resistência através de chaves eletrônicas, como ilustrado no

esquema da Figura 10. Nesta topologia, a mudança da resistência rotórica possibilita a variação da

velocidade do gerador por meio da variação do escorregamento, podendo alcançarvariações da ordem de 10% acima da velocidade síncrona do campo girante do gerador.

Figura 10 – Grupo eólico conectado à rede através desoft starter . (Carvalho, 2006)

b) Gerador assíncrono conectado à rede através de um conversor eletrônicoEsta configuração possui um gerador de indução (gaiola de esquilo ou rotor

bobinado) conectado à rede elétrica através de conversores de frequência, formado por umconjunto retificador/inversor. A tensão produzida pelo gerador de indução é retificada e aresultante é invertida, com o controle de saída sendo realizado eletronicamente pelosconversores. Por meio do conversor de frequência, a energia elétrica gerada será constantee sincronizada com a rede elétrica.


38/111

22

O gerador desta topologia necessita de excitação reativa que pode ser feita peloconversor de frequência. A Figura 11 apresenta um esquema da conexão do grupo eólicocom o sistema elétrico (Carvalho, 2006; Custódio, 2009).

Figura 11 – Grupo eólico conectado a rede através do conjunto retificador/inversor. (Carvalho, 2006)

c) Gerador de indução duplamente alimentadoEsta configuração utiliza um gerador de indução com rotor bobinado duplamente

alimentado através de escovas e é mais conhecido como GIDA – Gerador de Indução deDupla Alimentação. A Figura 12 apresenta o esquema do GIDA conectado diretamente àrede elétrica através do estator e o rotor interligado via um conversor de potênciaback-to-back . Este conversor deve ser bidirecional, ou seja, operar enviando o fluxo de potência dorotor para rede e da rede para o rotor, dependendo da velocidade do rotor em relação àvelocidade síncrona do campo do estator (se sub-síncrono, o rotor absorve potência útil; sesuper-síncrono, o rotor entrega potência útil).

Este tipo de gerador apresenta uma grande eficiência na transformaçãoeletromecânica da energia dos ventos devido a sua característica de ampla regulação davelocidade (da ordem de +/- 30%) em torno da rotação síncrona, o que permite oaproveitamento energético em uma ampla faixa de velocidade do vento.

Essa topologia é largamente utilizada pela maioria dos fabricantes de aerogeradorescom potências até 5MW por apresentar um custo inicial baixo, robustez e grande eficiênciana conversão da energia dos ventos, ainda que apresente alguns pontos fracos, como o usode caixa multiplicadora de velocidade e escovas, que elevam o custo de manutençõesrealizadas no grupo eólico com GIDA (Carvalho, 2006; Rüncos et al., 2005).


39/111

23

Figura 12 – Grupo eólico com gerador de indução duplamente alimentado. (Carvalho, 2006)

d) Gerador síncronoEsta configuração é constituída por um gerador síncrono conectado à rede elétrica

através de um conversor de frequência. O rotor pode ser bobinado ou de ímãs permanentes.Esse gerador oferece a oportunidade de ser construído com muitos polos

(multipolos), girando em baixas velocidades, compatíveis com o aerogerador, dispensandoum multiplicador de velocidade. Uma alternativa para aplicação offshore é reduzir o

número de polos e incluir uma menor caixa de engrenagens, em caso de gerador com ímãs permanente. O modelo sem caixa de engrenagens permite a conexão da turbinadiretamente ao gerador, sendo esta característica um fator que se constitui numa crescentetendência para construção dos arranjos de aerogeradores de grande potência (até 5MW).

Para o gerador síncrono de rotor bobinado com excitação independente, a regulaçãoda tensão gerada é feita através da excitação independente, enquanto que o gerador de ímãs permanentes não permite a regulação devido ao tipo do rotor. Apesar disso, a solução comímãs permanentes no rotor apresenta um rendimento maior (não há perdas nosenrolamentos do rotor). A Figura 13 apresenta os esquemas de grupos eólicos comgeradores síncronos com rotor bobinado (a) e rotor de imãs permanentes (b). (Carvalho,2006; Ramos, 2009).


40/111

24

Figura 13 – Grupo eólico com gerador com: (a) rotor bobinado; (b) rotor de ímãs permanentes.(Carvalho, 2006)


41/111

25

4 CONSIDERAÇÕES PARA A CONEXÃO DE PARQUES EÓLICOS

Um dos desafios da interligação de parques eólicos no SEP está relacionado à

conexão elétrica. Com a crescente penetração da geração eólica nos últimos anos, oscódigos de rede vêm exigindo efetivamente o controle dos indicadores da qualidade detensão e confiabilidade do sistema, como a participação no restabelecimento da tensão emcondições de distúrbios na rede definido pelo requisito de sustentação durante faltas por parte dos parques eólicos.

A fim de preservar a segurança operacional do sistema elétrico, as concessionárias deenergia definem critérios que regulamentam a conexão das centrais eólicas no SEP. Esta

regulamentação varia de país para país e depende da robustez do sistema e do nível de penetração eólica (Pires et al.; 2008). Dado o pioneirismo dos países europeus em geraçãoeólica, algumas normas definem padrões de qualidade de energia que são exigidos nainterligação de novas geradoras à rede através da regulamentação de acesso, a fim deelevar a qualidade de energia.

4.1 REGULAMENTAÇÃO TÉCNICA

A regulamentação técnica para conexão de plantas eólicas deve assegurar que osaerogeradores tenham o controle e as propriedades necessárias para a operação do sistemade potência com relação à segurança do suprimento e a qualidade da tensão.

Parâmetros definidos em regulamentação de acesso aos sistemas de potência ( gridcode ) variam de país para país, pois as diferenças dependem do nível de penetração de parques eolielétricos e da robustez da rede elétrica. O resumo sobre os requisitos deinterligação de parques eólicos à rede de distribuição/transmissão, considerando o critériode suportabilidade à falta, de países como EUA, Canadá, Dinamarca, Portugal e Brasil sãomostrados abaixo.

a) Dinamarca

Para os parques eólicos dinamarqueses existem diferenças operacionais quanto asuportabilidade a faltas na rede elétrica que vária para cada nível de tensão de conexão. Nográfico da Figura 14 são apresentadas as condições de operação no sistema elétrico frente acurtos-circuitos na rede para parques eólicos conectados em tensões abaixo de 100kV.


42/111

26

Nas tensões abaixo de 0,9 pu e acima de 0,2 pu, o parque deve se manter conectadoao PCC num período mínimo de 0,1 segundos, seguindo uma curva onde abaixo desta o parque pode ser desconectado e, obrigatoriamente para tensões abaixo de 0,9 pu por um

período acima de 20 segundos a planta eólica deve ser desconectada (EnergiNet, 2004).

Figura 14 – Curva de suportabilidade a faltas para rede de distribuição. (EnergiNet, 2004)

A Tabela 3 mostra os requisitos de operação com tensões acima de 100 kV dos parques eólicos, no qual prevê que os aerogeradores devem permanecer conectadas aoPCC nas condições de falta.

Tabela 3 - Condições de suportabilidade a faltas de parques eólicos na Dinamarca. (EnergiNet, 2004)

Casos em que aerogeradores não devem desconectar

Curto - circuito trifásico Curto durante 100 ms

Curto bifásico com ousem contato com a terra.

Curto durante 100 ms seguido por um novo curtode 300 a 500 ms depois, também com duração de100 ms.

Curto fase – terra.Curto fase – terra de 300 a 500 ms depois, tambémcom duração de 100 ms.

O gráfico da Figura 15 mostra à capacidade de suportabilidade a faltas para parqueseólicos conectados no nível de transmissão. Os aerogeradores devem permanecerconectados quando a tensão no PCC está abaixo de 1 pu durante 100 ms. Após este períodoa tensão cresce linearmente até 0,75 pu em menos de 1 segundo, permanecendo até 10


43/111

27

segundos, onde a tensão estabiliza-se em 1 pu e o parque eólico permanecer conectado einjetando potência na rede (Elkraft, 2004).

Figura 15 – Curva de suportabilidade à falta no nível de transmissão. (Elkraft, 2004) (Adaptado)

b) Portugal Na ocorrência de curto-circuito, os parques eólicos devem permanecer conectados a

rede sempre que a tensão do secundário do transformador da subestação geradora estiver

acima da curva de LVRT ( Low Voltage Ride Through ) apresentada no gráfico da Figura 16(Directiva, 2009).

Figura 16 – Curva LVRT aos centros geradores de energia em Portugal. (Directiva, 2009)


44/111

28

Os centros geradores em Portugal devem suportar um afundamento de até 80%durante 0,5 segundo, 20% após 0,8 segundo e 10% após 10 segundos, sem consumir potência ativa e reativa durante a falha e na fase de recuperação da tensão.

c) Estados UnidosA regulamentação para potências acima de 20 MW prevê que parques eólicos

permaneçam conectados à rede de transmissão para condições de falta. O gráfico da Figura17 apresenta a curva de suportabilidade à faltas no sistema de transmissão.

Figura 17 - Suportabilidade a faltas no sistema de transmissão. (SCE, 2004) (Adaptado)

Para um período de 625 milissegundos, um afundamento de tensão de 15% da tensãonominal, a usina eólica deve permanecer conectada à rede. Após este período, o parqueeólico deve ser capaz de operar continuamente em 90% da tensão nominal (Iov et al.,2007; FERC, 2005).

d) Canadá

Regulamentações para suportabilidade à falta são aplicadas para todas as instalaçõesde geração eólica que agregam potencias acima de 5 MW na rede de transmissão. Os parques eólicos devem ser capazes de continuar operando entre 90% e 110% da tensãonominal e conectados ao PCC. Atingindo 15% de queda de tensão, o parque eolielétricodeve permanecer conectado por 0,625 segundos. O gráfico da Figura 18 apresenta a curvade suportabilidade à falta e é baseada no nível de tensão no PCC (AESO, 2004).


45/111

29

Figura 18 – Curva de suportabilidade à falta aplicada no Canadá. (AESO, 2004)

e) Brasil

Com o afundamento de tensão de uma ou mais fases no PCC, o parque eólico deve

continuar operando se a tensão nos terminais permanecerem acima da curva indicada nográfico da Figura 19, conforme estabelecido no Submódulo 3.6 – Requisitos técnicosmínimos para a conexão às instalações de transmissão (ONS, 2010).

Figura 19 – Curva de suportabilidade a faltas para parques eólicos conectados a rede elétrica. (Pinto,2013)


46/111

30

Desta forma, a área escura indica a região em que o parque eólico deve permanecerem operação e a área clara indica a região em que o parque eólico pode ou não permanecerconectado ao sistema elétrico. Dividindo-se a curva em quatro regiões para uma melhor

análise (Pinto, 2013):

A – região mais crítica, pois o parque eólico deve permanecer conectadomesmo com uma queda de tensão de 80%, cuja duração da falta é de 500 ms;

B – região que indica a restauração do sistema, cuja queda de tensão varia de80% para 15% em 500 ms, de forma linear;

C – região que indica a restauração do sistema, cuja queda de tensão é de15% até o instante de 5 s;

D – região que indica a normalização do sistema, cuja queda de tensão é de10% a partir do instante de 5 s.

4.1.1 ANÁLISE DOS CÓDIGOS DE REDE

As especificações dos requisitos de cada código variam com o nível de tensão dosistema de transmissão e da potência instalada do parque eólico considerado. Um parqueeólico ligado a uma rede com nível de tensão abaixo dos 100 kV deve suportarafundamentos de tensão menos críticos do que aqueles conectados a tensões mais elevadas(Pinto, 2013). A Tabela 4 mostra um sumário da suportabilidade à falta dos cinco paísescitados nessa seção. Os perfis de tensão são dados especificando a profundidade doafundamento de tensão, assim como o tempo de restauração do sistema.

Percebe-se que existe um espaço de tempo significativo nas exigências do “fault ride

through” – FRT entre os países citados. Por exemplo, a duração da falta varia de 100 ms(na Dinamarca) a 625 ms (nos Estados Unidos e Canadá), enquanto o nível de queda detensão pode variar entre 25% e 0% do valor nominal. Há códigos que exige que osaerogeradores injetem correntes reativas na rede durante a ocorrência da falta na rede, este procedimento tem o objetivo de manter um determinado nível de tensão no PCC. Paramaiores detalhes sobre exigências técnicas de outros países referentes à operação dos parques eólicos durante faltas pode ser encontrada na referência Pinto (2013).


47/111

31

Tabela 4 - Sumário da suportabilidade a faltas de parques eólicos para diferentes países. (Pinto, 2013)(Adaptado)

PaísNível detensão

Duração dafalta (ms)

Nível de queda detensão (%Vr)

Tempo derestabelecimento (s)

Injeção decorrente reativa

DinamarcaST 100 25 1 Não

SD 100 25 1 Não

Portugal SD/ST 500 20 1,5 Não

EUA ST 625 15 n/d Não

Canadá ST 625 15 3 Não

Brasil SD/ST 500 20 5 Não

ST – sistema de transmissão, SD – sistema de distribuição e Vr – tensão de referência.

A recuperação da tensão após uma falta da rede é especialmente no caso deaerogeradores constituídos por geradores de indução (gaiola de esquilo), que, ao se manterconectado durante a falta, pode exigir altas correntes para energizar seus geradores duranteo retorno da tensão, podendo desse modo levar a uma violação dos códigos de rede e dos padrões de segurança.

A suportabilidade a afundamentos de tensão se tornou uma exigência básica em

vários países. Planos para uma normatização dos requisitos técnicos e códigos de redeencontram fortes dificuldades, já que cada país possui características próprias em suainfraestrutura do sistema elétrico, o que torna questionável se uma eventual harmonizaçãoseria viável. Isso significa que os fabricantes de aerogeradores devem garantir que seusequipamentos sejam capazes de suportar todos os estresses elétricos causados pelaocorrência de distúrbios na rede, de modo que as configurações das máquinas cumpramcom os regulamentos técnicos.

4.2 REQUISITOS DE ACESSO À REDE ELÉTRICA NO BRASIL

No Brasil, os procedimentos para avaliação de novas unidades geradoras, estão emdesenvolvimento, porém ainda não contemplam aspectos específicos da interligação dageração eolielétrica. Isso não significa que a norma brasileira não possua indicadores dequalidade de energia para avaliar e viabilizar a interligação de novas geradoras com a rede básica.

Toda a legislação de acesso ao sistema de transmissão está definida nosProcedimentos de Rede, que são normas e requisitos técnicos mínimos aplicáveis às novas


48/111

32

geradoras, em particular às centrais eólicas, estabelecido pelo ONS e homologado pelaANEEL. Para os acessos diretamente ao sistema de distribuição, a legislação é definida pelo PRODIST – conjunto de normas que disciplinam a forma, condições,

responsabilidades, penalidades, e planejamento entre as distribuidoras de energia elétrica,consumidores e centrais geradoras conectadas ao sistema de distribuição (ONS, 2012;Anee, 2012).

A requisição de ligação de novas geradoras à rede brasileira está definida em dois processos distintos:

Consulta de acesso;

Solicitação de acesso.

a) Consulta de AcessoA consulta de acesso caracteriza-se pelo momento em que o acessante procura

definir de forma abrangente os dados do sistema ao qual pretende instalar sua unidadegeradora. Nesta etapa, o acessante informa à concessionária dados preliminares sobre ainstalação. Alguns dados a serem fornecidos pelo ONS ao acessante são:

Características elétricas das redes;

Potência de curto-circuito mínima e máxima nos barramentos das subestações;

Características e parâmetros da regulação de tensão nas subestações;

Potências ativas e reativas, máximas e mínimas, consumidas em cada subestaçãoda rede de interesse.

b) Solicitação de AcessoA solicitação de acesso configura-se a etapa em que o acessante apresenta

propriamente a concessionária o requerimento de acesso à rede básica. Nesta etapa, o

acessante deve apresentar ao acessado dados completos, obras de ligação e dadoscomplementares que possibilitem ao acessado avaliar os impactos sobre a rede receptora.

Assim, um conjunto de análises fundamentadas nos indicadores de qualidade daenergia deve ser realizado, sempre que ocorrerem solicitações de acesso de consumidoreslivres, agentes de geração, agentes de distribuição, agentes de importação e exportação, ouainda as integrações de novas geradoras, cujas instalações possam interferir nodesempenho da rede básica. De acordo com o submódulo 2.8 do procedimento de rede, os

estudos de maior interesse são: Variação dos perfis de tensão;


49/111

33

Curto-circuito e suportabilidade do acessante;

Variação dos níveis de flicker e distorção harmônica;

Avaliação do comportamento dinâmico do sistema frente às perturbações: retiradasúbita da unidade produtora, variações relevantes de nível de produção, curto-circuito emnós importantes da rede, possibilitando avaliar o impacto da saída da unidade geradora emvirtude da atuação de sua proteção;

Avaliação dos sistemas frente a riscos de afundamento de tensão, uma vez que setem a presença de geradores assíncronos conectados à rede.

Os estudos definidos na etapa de solicitação devem apresentar resultados em acordocom os limites estabelecidos pelo acessado, no que os mesmos julgam ser seguros para

garantir a integridade da rede e a continuidade do fornecimento de energia para osconsumidores.

4.3 FORMAS DE ACESSO AO SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO

O acesso de parques eólicos ao sistema elétrico brasileiro pode ser feita de trêsformas (EPE, 2012):

Rede Básica;

Rede Básica por meio de ICG (Instalação de Centrais de Geração);

Rede de Distribuição.

1) Rede BásicaOs novos acessos à Rede Básica existente podem ser por meio de instalações de

conexão de propriedade de central de geração, de propriedade de centrais de geração emcaráter compartilhado ou de propriedade de concessionária de transmissão. O acesso à

Rede Básica pode ser feito através do seccionamento de uma linha de transmissão ou daconexão a uma subestação existente, quer seja em caráter exclusivo ou compartilhado.

Os agentes deverão assinar Contrato de Uso do Sistema de Transmissão – CUSTcom o ONS e Contrato de Conexão às Instalações de Transmissão – CCT com aconcessionária proprietária da instalação na qual o acesso se dá. O CUST contém oencargo de uso do sistema de transmissão, definido com base na Tarifa de Uso do Sistemade Transmissão – TUSTRB. Os custos referentes à conexão são de responsabilidade do

acessante. No caso de acesso em caráter compartilhado, quando são utilizadas as


50/111

34

instalações de propriedade do acessante, a divisão dos custos deve ser acordada entre as partes.

2) Rede Básica por meio de ICGAs incertezas que antecederam as análises da conexão de usinas a biomassa no

estado do Mato Grosso do Sul fizeram com que o MME e a ANEEL procedessem aoaprimoramento da regulamentação do setor elétrico com o Decreto nº 6.460/2008, queinstituiu a Instalação de Transmissão de Interesse Exclusivo de Centrais de Geração paraConexão Compartilhada – ICG.

As ICGs são instalações de conexão para acesso de centrais de geração de propriedade da concessionária de transmissão. A ANEEL publicou a Resolução Normativanº 320/2008, que estabeleceu os critérios para classificação das ICG, e regulamentou arealização de Chamada Pública, com vistas a subsidiar o planejamento setorial, ao apurarcompromissos firmes dos empreendedores de geração interessados em participar de umaICG, caracterizados por intermédio do aporte de garantias financeiras.

A modalidade de ICG é uma importante alternativa de acesso ao sistema elétricoquando se verifica cumulativamente a demanda por conexão de um número expressivo degeradores em regiões geográficas atendidas por malhas de transmissão com baixacapilaridade e/ou por sistemas de distribuição sem capacidade para incorporar volumessignificativos de potência e energia.

3) Rede de DistribuiçãoOs novos acessos ao Sistema de Distribuição podem ser por meio de instalações de

conexão de propriedade da(s) central(is) de geração. Nesse caso, as centrais de geraçãodeverão assinar Contrato de Uso do Sistema de Distribuição – CUSD com a concessionária

de distribuição da região e o Contrato de Conexão com a concessionária proprietária dainstalação na qual ocorre o acesso à rede, que pode ser:

Contrato de Conexão às Instalações de Distribuição - CCD, para instalações de propriedade de concessionária de distribuição;

Contrato de Conexão às Instalações de Transmissão - CCT, para instalações de propriedade de transmissão - DIT.

É importante ressaltar que os custos referentes à conexão são de responsabilidade doacessante. No caso de acesso em caráter compartilhado, a divisão dos custos deve seracordada entre as partes.


51/111

35

O acesso de usinas ao sistema elétrico é um direito assegurado a qualquer agente degeração, tendo como premissas o tratamento não discriminatório aos usuários, oressarcimento do custo de transporte envolvido, o estímulo a novos investimentos na

expansão energética e a modicidade tarifária na utilização racional e nos custos deampliação e reforços dos sistemas elétricos (EPE, 2012).


52/111

36

5. IMPACTOS DA CONEXÃO DE PARQUES EÓLICOS NO SEP

A interligação de parques eólicos à rede elétrica pode causar problemas de qualidade

da energia, em função da variabilidade temporal da potência ativa produzida (e da reativaconsumida) que origina flutuações de tensão nos barramentos próximos ao aerogerador einterferem diretamente nos padrões de energia fornecida ao consumidor.

A Tabela 5 resume algumas relações de causa-efeito entre a operação de turbinaseólicas e a rede elétrica (Moura, 2005).

Tabela 5 – Efeitos das turbinas eólicas no sistema elétrico. (Moura, 2005) Causa: Turbinas Eólicas Efeito: Ocorrência na rede elétrica

Aerogeradores equipados com: Sistema de retificação/inversão; Soft-starter .

Geração de harmônicos Flicker

Variação temporal da velocidade do vento Flutuação dinâmica de tensãoFlutuação de potência ativa gerada e reativa consumida

Flutuação da potência produzida com origem: Efeito de sombra da torre Desregulação do ângulo das pás

Flutuações dinâmicas de tensão Flicker

Nos itens a seguir são apresentadas as principais características das perturbações que

podem comprometer a interligação de parques eólicos ao SEP.

5.1 QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA

Os indicadores da qualidade da energia elétrica do SEP que possuem conexão de parques eólicos também devem ser mantidos dentro de limites técnicos estabelecidos pelaAneel através dos Procedimentos de Rede (ONS, 2010) e do Prodist – Procedimento deDistribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional (Aneel, 2012).

As características da geração eólica impactam diretamente no planejamento e naoperação do sistema elétrico de potência em relação a aspectos como:

O carregamento de linhas de transmissão/distribuição;

O controle dos níveis de tensão;

As perdas elétricas.Como a energia produzida é função da velocidade do vento, as questões com relação

à estabilidade do sistema elétrico também são consideradas relevantes.


53/111

37

Estes fenômenos expressos em termos de características físicas e propriedadeselétricas, usualmente descritas em termos de tensão, frequência e interrupções serãoapresentados em função do regime de operação do sistema nos próximos itens.

5.1.1 IMPACTOS EM REGIME PERMANENTE

No SEP os fenômenos com tempo de duração acima de 10 minutos são classificadoscomo eventos em regime perman

Dissertação UFBA Integração Banca Ruth

Documents

Transcript of Dissertação UFBA Integração Banca Ruth