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Type: Dissertação de Mestrado
Title: O papel de geradores fotovoltaicos na regulação de tensão em redes de baixa tensão residenciais: estudo comparativo de normas e padrões sob a ótica da mitigação da elevação de tensão
Authors: Marcos Rosa Fabiano Alves
First Advisor: Marcos Antonio Severo Mendes
First Co-advisor: Selenio Rocha Silva
First Referee: Wallace do Couto Boaventura
Second Referee: Thiago Ribeiro de Oliveira
Abstract: A geração distribuída fotovoltaica vem crescendo exponencialmente no mundo nas últimas décadas, e se encaminha rapidamente para ser uma fonte significativa de energia para o planeta. O Brasil ainda se encontra bastante atrás em relação à vanguarda nessa área, mas seu privilegiado nível de irradiação solar lhe confere enorme potencial para crescer. Neste contexto, este trabalho estudou diferentes normas e padrões, nacionais e internacionais, no que diz respeito ao papel da geração fotovoltaica na regulação de tensão em redes de baixa tensão residenciais, focando particularmente na elevação de tensão provocada pela injeção de potência ativa na rede. Essa injeção cria um cenário de inversão de fluxo de potência no sistema de distribuição de baixa tensão, originalmente projetado para operar com um fluxo do transformador de distribuição para as unidades consumidoras. Essa reversão tende a provocar elevações de tensão, que podem ultrapassar os limites de sobretensão. Esse novo cenário exige estudo, para garantir que a operação do sistema elétrico não seja comprometida, mas sem deixar de utilizar o grande potencial dessa fonte de geração distribuída. Para isso, trabalhou-se em um modelo de uma rede residencial típica do sistema Cemig, com curvas de carga média características de consumo residencial, inserindo-se um nível significativo de geração fotovoltaica, e então simulou-se esse sistema para uma série de cenários meteorológicos, com dados reais de geração fotovoltaica. As diversas normas e padrões foram comparadas e então aplicadas nas unidades fotovoltaicas da rede modelada, repetindo-se as simulações de modo a avaliar a capacidade de cada uma de mitigar a elevação de tensão provocada pela geração fotovoltaica. Foram estudadas as normas brasileira, NBR 16149, e alemã, VDE-AR-N 4105, além dos padrões europeu, IEC 61727, e norte-americano, IEEE 1547. Constatou-se que o método padrão para regulação de tensão é o controle do fator de potência do inversor que conecta as gerações à rede. A exceção é o padrão IEEE, que se mostrou amplo, não apresentando nenhuma restrição de fator de potência. A norma brasileira se mostrou a mais rígida, contendo o maior número de parâmetros restritivos, o que refletiu nos resultados, permitindo uma contribuição menor por parte das unidades fotovoltaicas para a regulação da tensão. De maneira geral, contudo, todas as normas cumprem o propósito de manter a tensão no ponto de conexão abaixo do limite, e a melhor adequação de uma ou outra dependeria do contexto de aplicação e da necessidade de manter a tensão mais ou menos afastada do limite.
Abstract: Photovoltaic based distributed generation has been growing exponentially worldwide over the past decades, and is on its way to becoming a significant energy source for the world. Brazil is still far behind in contrast to the vanguard of this area, but its privileged levels of solar irradiation gives it huge potential to grow. In this context, this work studied different standards, national and international, regarding the role of photovoltaic generation in the voltage regulation in low voltage residential grids, focusing particularly on the voltage rise provoked by the injection of active power into the network. This creates a scenario of reverse power flow in the low voltage distribution system, which was originally designed to operate with power flow from the distribution transformer to the customer installations. The reversion tends to provoke voltage rises, that may go beyond the over voltage limits. This new scenario demands study, to ensure that the electrical system operation is not compromised, but without wasting the great potential of this distributed energy source. To accomplish that, it was used a model of a typical Cemig residential grid, with characteristic daily average load profiles, introducing a significant level of photovoltaic generation, and it was simulated for a series of meteorological scenarios, with real photovoltaic generation data. All the standards were compared and then applied to the photovoltaic installations of the modeled grid, repeating the simulations in order to evaluate the ability of each one to mitigate the voltage rise caused by the photovoltaic generation. The standards studied were Brazilian NBR 16149, German VDE-AR-N 4105, European IEC 61727 and American IEEE 1547. The study showed that the default method of voltage regulation is grid interface inverter power factor control. The exception is the IEEE standard, which proved very unrestrictive, not presenting any power factor restriction. Brazilian standard turned out to be the strictest one, having the biggest number of restrictive parameters, which reflected in the results, allowing a smaller contribution by the photovoltaic unities in the voltage regulation. In general, however, all standards fulfill their purpose of maintaining voltage on the connection point below the limit, and the best adequacy of one or another would depend on the context of use and the need to maintain the voltage more or less far from the limit.
Subject: Energia elétrica Distribuição Baixa tensão
Engenharia elétrica
Geração de energia fotovoltaica
Normas técnicas (Engenharia)
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-ATJMEU
Issue Date: 20-Feb-2017
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