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Tipo do documento: Dissertação
Título: Análise Probabilística das Variações de Tensão de Curta Duração em Redes de Distribuição de Baixa Tensão Considerando a Inserção de Geração Distribuída Fotovoltaica
Autor: Baptista, João Eduardo Ribeiro 
Primeiro orientador: Silva, Maria da Guia da
Primeiro coorientador: Paiva, Anselmo Cardoso
Resumo: Impulsionada pelos altos índices de irradiação solar no Brasil, pela crescente redução do preço dos painéis fotovoltaicos e pelas altas tarifas praticadas pelas concessionárias, a geração distribuída fotovoltaica (GDFV) deve aumentar consideravelmente seu percentual de participação na matriz energética brasileira dos próximos anos. Devido a esta tendência, é importante que se conheçam os impactos técnicos da conexão da GDFV à rede elétrica. Sabe-se que a inserção de GD afeta os níveis de curto-circuito. Um dos distúrbios de qualidade de energia mais impactantes em cargas sensíveis são as variações de tensão de curta-duração (VTCD), cuja principal causa são os curtos-circuitos (faltas) na rede elétrica. Desta forma, a inserção de GDFV tem potencial para afetar índices de qualidade associados com as VTCD. No entanto, a potência de saída da GDFV depende de fatores ambientais estocásticos, i.e., a irradiância solar e a temperatura ambiente. Devido a isto, uma determinação precisa do impacto da GDFV nos índices associados com VTCD deve ser realizada considerando as incertezas relacionadas a tais fatores ambientais. Este trabalho avaliou o impacto da GDFV nos índices de VTCD do sistema de distribuição secundário proposto pelo CIGRÈ a partir de um enfoque probabilístico. Para tanto, desenvolveu-se um modelo baseado nas técnicas: representação da rede em coordenadas de fase, método de soma de admitâncias, modelo de taxa de falha baseado na condição de carregamento, método de enumeração de estados e agrupamentos de dados. Foram consideras as incertezas nos cenários de falta (por exemplo, local, tipo e resistência de falta) e na potência de saída da GDFV devido às variações estocásticas na irradiância solar e na temperatura ambiente. As incertezas do cenário de faltas foram modeladas de acordo com suas distribuições de probabilidade conhecidas, enquanto as relacionadas aos parâmetros de entrada da GDFV foram modeladas utilizando-se técnicas de agrupamentos de dados. O método de enumeração de estados baseado nas posições de falta foi escolhido para efetuar a predição probabilística dos índices de VTCD, após criteriosa comparação deste com o método de simulação Monte Carlo em termos de precisão e esforço computacional. O método de soma de admitâncias foi utilizado para obtenção dos estados pré-falta e pós-falta da rede. Foi proposto um aprimoramento desse método, de forma a reduzir o tempo de execução da avaliação dos estados de curto-circuito. Também foi proposto um modelo de obtenção da taxa de falha de uma seção de alimentador de acordo com a condição de carregamento dos seus condutores. Este modelo buscou investigar a variação nos índices de VTCD resultante da alteração dos dados de confiabilidade dos alimentadores provocada pela variação no carregamento dos mesmos, causada, por sua vez, pela inserção de GDFV no sistema. Os resultados dos testes no sistema de baixa tensão do CIGRÈ mostraram que a inserção de GDFV pouco afeta os índices de VTCD de forma direta, mas pode reduzir os índices significativamente de forma indireta devido à redução das taxas de falha anuais dos alimentadores causada pela diminuição no carregamento da rede de distribuição.
Abstract: Driven by the high indices of solar irradiation in Brazil, the increasing reduction on the price of the photovoltaic solar panels and the high tariffs charged by the utility companies, the photovoltaic distributed generation (PVDG) shall considerably increase its participation percentage in the Brazilian energy matrix in the next years. Due to this tendency, it is important to know the technical impacts of the connection of PVDG to electric grid. It is known that the insertion of DG affects the short circuit levels. One of the most important power quality disturbances in sensitive loads are the short duration voltage variations (SDVV) caused mainly by short circuits (faults) in the electric network. Thus, the insertion of PVDG has the potential to affect quality indices associated with SDVV. However, the power output of the PVDG depends on the stochastic environmental conditions, i.e., the solar irradiance and the environmental temperature. Due to this, a precise assessment of the impact of PVDG on the indices associated with SDVV must be carried out considering uncertainties related to these environmental conditions. This work assessed the impact of PVDG in the SDVV indices of the secondary distribution system proposed by the CIGRÈ using a probabilistic approach. For this purpose, it was developed a model based on the following techniques: network representation in phase coordinates, admittance summation method, failure rate model based on loading condition, state enumeration method and data clustering. Uncertainties in the fault scenario (for example, fault location, type and resistance) and in the output power variation of the PVDG due to random variations of the solar irradiance and the environmental temperature were considered. The fault scenario uncertainties were modeled according to their known probability distributions, while the one related to the input parameters of the PVDG were modeled using data clustering techniques. The state enumeration method based on fault position was chosen to perform the probabilistic prediction of the SDVV indices after a careful comparison between this method and the Monte Carlo simulation method considering both precision and computational effort. The admittance summation method was used to obtain the pre-fault and the post-fault states of the network. It was proposed an improvement of this method in order to reduce the CPU time of the short-circuit states evaluation. It was also proposed a model to obtain the failure rate of a feeder section according to the loading condition of its conductors. This model intended to investigate the variation on SDVV indices due to changing in the reliability data of the feeders caused by the variation on their loading which is caused by the insertion of PVDG in the system. Tests carried on the CIGRÈ low voltage system showed that the insertion of PVDG has little direct effect in the SDVV indices, but it can significantly reduce the indices by the indirect effect of the failure rate reduction caused by the decrease in the distribution network loading.
Palavras-chave: Qualidade de energia
Variações de tensão de curta duração
Geração distribuída
Geração fotovoltaica
Curto-circuito
Métodos probabilísticos
Power quality
Short duration voltage variations
Distributed generation
Photovoltaic generation
Short circuit
Probabilistic methods
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Idioma: por
País: BR
Instituição: Universidade Federal do Maranhão
Sigla da instituição: UFMA
Departamento: Engenharia
Programa: PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE
Citação: BAPTISTA, João Eduardo Ribeiro. Análise Probabilística das Variações de Tensão de Curta Duração em Redes de Distribuição de Baixa Tensão Considerando a Inserção de Geração Distribuída Fotovoltaica. 2016. 165 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2016.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede2:8080/tede/handle/tede/300
Data de defesa: 15-Mar-2016
Aparece nas coleções:DISSERTAÇÃO DE MESTRADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE

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