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Tipo do documento: Dissertação
Título: Avaliação probabilística do impacto da conexão de veículos elétricos na estabilidade de tensão de redes de distribuição
Título(s) alternativo(s): Probabilistic evaluation of the impact of the connection of electric vehicles on the voltage stability of distribution networks
Autor: OLIVEIRA, Jardel Paiva 
Primeiro orientador: RODRIGUES, Anselmo Barbosa
Segundo orientador: SILVA, Maria da Guia da
Primeiro membro da banca: RODRIGUES, Anselmo Barbosa
Segundo membro da banca: SILVA, Maria da Guia da
Terceiro membro da banca: AFFONSO, Carolina de Mattos
Quarto membro da banca: COSTA FILHO, Raimundo Nonato Diniz
Resumo: A demanda global pela redução das emissões de carbono tem causado mudanças profundas em diversos setores da indústria, por exemplo: geração de eletricidade, aquecimento/refrigeração e transportes. No âmbito dos transportes, a principal iniciativa para diminuir a emissão de poluentes é utilização de Veículos Elétricos (VE). Os VE possuem um sistema de propulsão baseado em baterias que são recarregadas conectando-se o veículo a rede elétrica. Em alguns países já existem metas para a substituição de todos os veículos a combustão por VE. Todavia, a penetração elevada de VE terá grandes impactos na operação da rede de distribuição de energia elétrica, por exemplo: perda de vida útil dos transformadores, harmônicos, variações de tensão de longa duração e instabilidade de tensão. A estabilidade de tensão é definida como a capacidade do sistema manter as tensões controláveis após a ocorrência de um distúrbio, por exemplo: falhas nos equipamentos e variações na carga. Em redes de distribuição convencionais, a ocorrência de problemas de estabilidade de tensão é menos frequente, pois há poucos dispositivos de controle de tensão (transformadores com comutação de tap sob carga, reguladores de tensão e bancos de capacitores chaveados) e o crescimento da carga é pequeno em áreas com alta densidade de carga (áreas urbanizadas e edificadas). Contrariamente, as redes de distribuição modernas são mais propensas a problemas de instabilidade de tensão devido aos seguintes fatores: (i) penetração elevada de geração distribuída convencional e renovável (solar e eólica) conectada à rede via inversores; (ii) problemas de coordenação entre os dispositivos de controle de tensão convencionais e os geradores distribuídos; (iii) aumento súbito da carga devido ao carregamento de VE mesmo em áreas urbanizadas. É importante destacar que a potência de saída dos geradores distribuídos renováveis e a demanda dos veículos elétricos tem natureza estocástica devido a variabilidade da fonte de energia primária e aos hábitos de carregamento dos consumidores, respectivamente. Portanto, a análise da estabilidade de tensão em redes de distribuição modernas está sujeita a incertezas. Desta forma, não é possível utilizar técnicas determinísticas para realizar uma avaliação da estabilidade de tensão em redes de distribuição com inserção massiva de VE e geração distribuída renovável. Esta dissertação tem como objetivo realizar uma avaliação do impacto de VE na estabilidade de tensão de redes de distribuição. Esta avaliação será realizada utilizando-se técnicas probabilísticas para modelar incertezas associadas com: variações sazonais na carga, intermitência de geração distribuída solar fotovoltaica e da demanda resultante carregamento de VE. O modelo probabilístico proposto se baseia na combinação das seguintes técnicas: Simulação Monte Carlo Sequencial (para modelar incertezas), fluxo de potência via Método de Gauss-Zbus (para calcular as tensões nodais) e Método da Matriz D´ (para determinar a margem de estabilidade de tensão). Adicionalmente, é também considerado o efeito dos seguintes dispositivos de controle de tensão na margem de estabilidade de tensão: transformadores com comutação de tap sob carga e despacho de potência reativa (de geradores solares fotovoltaicos e de estações de carregamento de VE). A metodologia proposta foi testada no sistema de média tensão UKGDS (United Kingdom Generic Distribution Systems) através da comparação de diversos modos de carregamento de veículos elétricos. Os resultados demonstraram que o modo de recarga em estacionamento privado é menos vulnerável a problemas de instabilidade de tensão com relação a recarga residencial devido a concentração da carga em menos pontos, o que pode facilitar a atuação do controle de tensão e minimizar os reforços na rede de distribuição. Nesse contexto, investir no modo de recarga privado parece ser uma solução mais promissora em relação aos impactos na estabilidade de tensão da rede de distribuição
Abstract: Global demand for reducing carbon emissions has caused profound changes in several industry sectors, for example: electricity generation, heating/ cooling and transport. In transport sector, the main initiative to reduce the emission of pollutants is the use of Electric Vehicles (EV). The EV have a battery-powered propulsion system that is recharged by connecting the EV to electric grid. In some countries there are already targets for the replacement of all combustion vehicles by EV. However, high EV penetration will have major impacts on the operation of the electricity distribution network, for example: lifetime loss of power transformers, harmonics, long-term voltage variations and voltage instability. Voltage stability is defined as the ability of the system to keep voltages controllable after the occurrence a disturbance, for example: equipment failures and load variations. In conventional distribution networks, the occurrence of voltage stability problems is less frequent because there are few voltage control devices (on-load tap changing transformers, voltage regulators and capacitor banks), and the load growth is small in areas with high load density (urbanized and built). In contrast, modern distribution networks are more prone to voltage instability problems due to the following factors: (i) high penetration of conventional and renewable distributed generation (solar and wind) connected to the grid via inverters; (ii) coordination problems between conventional voltage control devices and distributed generators; (iii) sudden load increasing due to EV charging in urbanized areas. It is important to note that the output power of the renewable distributed generators and the demand of the electric vehicles are stochastic in nature due to the variability of the primary energy source and the charging habits of the consumers, respectively. Therefore, the voltage stability analysis in modern distribution networks is subject to uncertainties. In this way, it is not possible to use deterministic techniques to carry out a voltage stability assessment in distribution networks with massive insertion of EV and renewable distributed generation. This dissertation aims to carry out an assessment of the impact of EV on the voltage stability of distribution networks. This assessment will be carried out using probabilistic techniques to model uncertainties associated with: seasonal variations in load, intermittence of solar photovoltaic distributed generation and demand resulting of EV charging. The proposed probabilistic model is based on the combination of the following techniques: Sequential Monte Carlo simulation (to model uncertainties), power flow via Gauss-Zbus Method (to calculate nodal voltages) and D´ Matrix Method (to calculate the voltage stability margin). In addition, the effects of the following voltage control devices in the voltage stability margin are considered: on-load tap changing transformers and reactive power dispatch (of solar photovoltaic distributed generators and EV charging stations). The proposed methodology was tested in the UKGDS medium voltage system by comparing different modes of EV charging. The results showed that the recharge mode in private parking is less vulnerable to voltage instability problems compared to residential recharge due to the concentration of the load in less points, which can facilitate the operation of the voltage control and minimize the reinforcements in the distribution network. In this context, investing in the private recharge mode seems to be a more promising solution in relation to the voltage stability impacts of the distribution network.
Palavras-chave: Veículos elétricos
Estabilidade de tensão
Redes de distribuição de energia elétrica
Métodos probabilísticos
Simulação Monte Carlo
Geração distribuída fotovoltaica
Electric vehicles
Voltage stability
Electricity distribution networks
Probabilistic methods
Monte Carlo simulation
Photovoltaic distributed generation
Área(s) do CNPq: Distribuição da Energia Elétrica
Transmissão da Energia Elétrica
Veículos de Transportes
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET
Programa: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET
Citação: OLIVEIRA, Jardel Paiva. Avaliação probabilística do impacto da conexão de veículos elétricos na estabilidade de tensão de redes de distribuição. 2019. 147 f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade / CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/tede/2565
Data de defesa: 15-Feb-2019
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