Sistemas de armazenagem de energia distribuídos para a redução dos impactos da inserção da geração renovável em redes de distribuição
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Danilo Iglesias Brandão
Igor Amariz Pires
Igor Amariz Pires
Resumo
A crescente inserção da geração distribuída fotovoltaica (GDFV) nas redes elétricas de distribuição, impulsionada por avanços tecnológicos, aumento da demanda e, segundo políticas e diretrizes ambientais, incentivos à energia limpa, tem promovido alterações significativas na operação dos sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE). Entre os principais efeitos indesejados estão o fluxo reverso de potência, as sobretensões e o comprometimento da atuação dos dispositivos de proteção, especialmente em alimentadores originalmente projetados para fluxo unidirecional. Neste contexto, esta dissertação apura o impacto técnico da elevada penetração de GDFV em um SDEE de média tensão. Essa investigação foi conduzida, utilizando-se de um modelo do software OpenDSS; tendo como base o circuito IEEE 8500. A metodologia adotada fundamenta-se em simulações que consideram diferentes cenários de penetração fotovoltaica (20%, 30%, 50% e 55%) em locais diversos da rede, com e sem suporte de sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS), adotados como estratégia de mitigação. Aliado a isso, também foi empregada uma técnica de otimização – o algoritmo de Enxame de Partículas (PSO) – com o objetivo de realizar a alocação estratégica dos BESS nas barras mais vulneráveis do sistema. Os resultados apontam que, a partir de níveis de penetração entre 30% e 50%, ocorrem violações nos limites de tensão (1,05 pu) e sobrecarga, exigindo ações corretivas junto ao SDEE. Nesse sentido, a inserção dos BESS demonstrou-se eficaz na redução de sobretensões, na contenção do fluxo reverso de potência e na minimização das perdas técnicas, contribuindo para o aumento do hosting capacity da rede elétrica em 37,5% em relação ao valor inicial. Assim, os resultados reforçam a viabilidade técnica do uso coordenado de armazenamento distribuído de energia como ferramenta auxiliar na operação segura e eficiente de SDEE com alta penetração de geração renovável intermitente.
Abstract
The increasing integration of photovoltaic distributed generation (PVDG) into power distribution networks, driven by technological advancements, growing energy demand, and – according to environmental policies and guidelines – the promotion of clean energy, has brought significant changes to the operation of electric power distribution systems (EPDS). Among the main technical challenges are reverse power flow, overvoltage issues, and compromised performance of protection devices, particularly in feeders originally designed for unidirectional power flow.
In this context, this dissertation investigates the technical impact of high PVDG penetration in a medium-voltage EPDS. The study was conducted using a simulation model developed in the OpenDSS software environment, based on the IEEE 8500 test feeder. The adopted methodology is grounded in simulations that examine various penetration levels of photovoltaic generation (20%, 30%, 50%, and 55%) in different locations of the distribution system, both with and without the support of battery energy storage systems (BESS), which are employed as a mitigation strategy.
Additionally, a Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm was applied to strategically allocate BESS units at the most vulnerable nodes of the system. The results indicate that penetration levels between 30% and 50% lead to violations of voltage limits (1.05 pu) and thermal overloads, thus requiring corrective actions within the EPDS. In this regard, the integration of BESS proved effective in mitigating overvoltages, containing reverse power flows, and reducing technical losses, thereby contributing to an increase in the network’s hosting capacity by 37.5% compared to the initial value. These findings reinforce the technical feasibility of coordinated distributed energy storage as a supporting tool for the safe and efficient operation of EPDS with high penetration of intermittent renewable generation.
Assunto
Palavras-chave
Geração Distribuída Fotovoltaica, Fluxo reverso de potência, Sobretensão, Baterias, Armazenadores de energia, BESS, Sistemas de distribuição de energia elétrica, Open DSS, Hosting capacity
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