MODELAGEM DAS TURBINAS EÓLICAS TIPO IV PARA ANÁLISE EM SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO COM MODELAGEM TRIFÁSICA

Fluxo de carga trifásico; máquinas síncronas; grau de desequilíbrio de tensões; perfil de tensão; perdas no sistema; sistema de distribuição.

A conexão de geradores eólio-elétricos pode causar influências significativas no perfil de tensões, desequilíbrio de tensão, no carregamento e nas perdas elétricas em sistemas de distribuição de energia. Entretanto, não estão bastante claros, em termos quantitativos, na literatura, quais os benefícios que a utilização do conversor de frequência pode trazer ao funcionamento do sistema, quando comparado com o gerador diretamente conectado a rede elétrica. Este trabalho demonstra o modo como se comportam alguns dos principais parâmetros do sistema de distribuição de 13 barras do ieee, quando um e dois geradores eólio-elétricos síncronos são acoplados na barra 680 de duas formas: diretamente conectados à rede e conectados por meio de conversor de frequência. Simulações foram realizadas para que se averiguasse a influência do conversor de frequência no perfil de tensões, nas perdas elétricas e no grau de desequilíbrio de tensões. Assim, inicialmente foi analisado o gerador eólio-elétrico trabalhando com conexão direta na rede, ou seja, operando com velocidade fixa, e em seguida trabalhando com velocidade variável através de conversor de frequência. Os estudos foram realizados através da escrita de um software de fluxo de carga trifásico que usa a ladder iterative technique como algoritmo e os seus resultados foram validados com os resultados do subcomitê de distribuição do ieee. Para cada tipo de conexão, o fator de potência trifásico do gerador ou dos geradores eólio-elétricos foi mudado entre três valores: 0.9 capacitivo, unitário e 0.9 indutivo. Os resultados foram analisados com e sem o regulador na subestação e nos horários de carga leve e pesada. Verificou-se que houve uma redução no grau de desequilíbrio para todas as situações simuladas, quando comparadas ao valor da situação original do sistema, não superando os limites de desequilíbrios determinados por entidades como nema, ansi, ieee e aneel. Com relação ao perfil das tensões nas diversas barras do sistema, houve uma ligeira diminuição em algumas situações. No sistema original, o valor de tensão na fase b da barra 680 superava os 5% de sobretensão determinado pela aneel, apresentando um valor de 1,0529 p.u. No horário de carga pesada. Com o gerador diretamente conectado houve um aumento deste valor em todas as simulações com diferentes fatores de potência, enquanto que a conexão por meio de conversor de frequência possibilitou uma diminuição dos níveis de tensão da fase b para valores abaixo de 1,05 p.u. Nas situações em que os fatores de potência eram iguais a 0.9 capacitivo e unitário. Pode-se concluir que o gerador síncrono de velocidade variável apresentou, em geral, uma menor variação de tensão em regime permanente do que o gerador diretamente conectado em situações de carga pesada do sistema. As perdas elétricas totais do sistema obtidas com o gerador conectado através de conversor também foram menores que aquelas com o gerador diretamente conectado. O grau de desequilíbrio obtido na barra 680 foi maior ou menor que o gerador diretamente conectado, dependendo do fator de potência de operação. Já em situações de carga leve, não necessariamente a menor variação de tensão ocorre com o gerador conectado através de conversor de frequência. As menores perdas elétricas na carga leve com os geradores conectados através de conversor continuam menores que aquelas com o gerador diretamente conectado. O grau de desequilíbrio de tensões também apresentou uma redução quando comparado ao caso base do sistema em carga leve e com apenas uma máquina conectada. Conclui-se que este trabalho é importante para a efetivação de novas tecnologias como os smart grids haja vista a grande quantidade de geração distribuída que estará presente no sistema de distribuição nos próximos anos.