Introduction to Advanced Power Quality - Overview

Power Quality and EMC issues with Future Eletricity Networks

Com o aumento da complexidade da rede de energia elétrica , a crescente demanda e expectativas de qualidade de serviço, como maior confiabilidade, eficiência e segurança da rede, além de preocupações ambientais e de sustentabilidade energética desencadearam uma evolução do sistema de energia elétrica para uma rede de energia flexível ou Smart Grid. Neste processo é primordial a aplicação de novas tecnologias, incluindo fontes de energias renováveis (RES) e geração distribuída (DG). Outra tecnologia chave nesse processo de tornar a rede mais "inteligente", são os avanços nas tecnologias de informação e comunicação (ICT).

Qualidade de Energia (PQ) é um aspecto que não pode ser negligenciado, uma operação que preza por sua importância garante uma entrega segura de energia, além de uma melhor compatibilidade entre os agentes dessa cadeia. Com as mudanças na rede de eletricidade, novos problemas de qualidade e gerenciamento da rede surgem, com isso é necessário novas soluções para acompanhar essa transformação. 

As Smart Grids devem fornecer funcionalidades e serviços para manter altos níveis de segurança, sustentabilidade e acessibilidade do fornecimento de eletricidade. No entanto, essas transformações do futuro resultam em redes elétricas cada vez mais complexas, com níveis de penetração significativamente altos DG intermitente de base renovável, introduzindo novo controle altamente eficiente, inteligente e flexível, sistemas de monitoramento e comunicação e incorporando vários recursos e tecnologias sensíveis e gerenciáveis ​​pela demanda. Se não for gerenciado corretamente, isso pode realmente resultar em uma deterioração dos níveis de desempenho de PQ, onde preocupações são o aumento da dinâmica dos fluxos de energia bidirecional, harmônicos mais altos, compensações CC e desequilíbrios, bem como ocorrência mais incisiva de transitórios de comutação, quedas / interrupções. Podemos então dividir os problemas de PQ em duas categorias primárias: relacionadas ao equipamento no nível de carga, ou seja, conectado ao sistema de distribuição;  relacionado nível do sistema de potência, que está associado tanto ao sistema de distribuição quanto de transmissão. Fig.1 ilustra as questões envolvendo qualidade de energia de novo desenvolvimento de redes. 

                                                                    Fig.1 [1]

 Network Modelling for Harmonic Studies

Os harmônicos fazem parte da rede de energia elétrica desde a introdução de dispositivos não lineares no sistema. Eles ocorrem como emissões, geralmente como um efeito colateral indesejável da função principal do equipamento, em múltiplos ou sub-múltiplos da frequência do sistema. Também é possível definir inter-harmônicos como aquelas frequências que aparecem em múltiplos não inteiros da freqüência do sistema.

Problemas causados por harmônicos podem ser divididos em duas áreas de causas, que também se relacionam: distorção de regime permanente e efeitos trasitórios. Fig 2 ilustra esses problemas e causas.

                                                               Fig.2

Harmônicos podem causar efeitos negativos sobre os equipamentos elétricos, como aquecimento além da operação normal ou a criação de um ambiente complexo para que os dispositivos de proteção ou medição funcionem corretamente. Portanto, existe padronização para controlar e limitar a quantidade de distorção harmônica presente no sistema. Isso é feito usando limites para distorção de corrente ou tensão. Podendo essa limitação ser global, que tem mais relação com a compatibilidade dos sistemas, ou particular de cada nível de tensão. A especificação de desempenho harmônico adequada é crucial, pois afeta o projeto subsequente de filtros harmônicos com custos e riscos associados.

É importante a investigação das causas, efeitos e estratégias de controle para tratamento desse tipo de distúrbio na rede. Modelagem e simulação desses eventos é primordial para avançamos com os estudos desse segmento.

Power Quality Aspects for Solar Power

A comunidade global vive uma aumento significativo das instalações de geração fotovoltaica (PV) conectadas a rede principal. O aumento desse fenômeno está relacionado, principalmente, a queda nos preços para instalar esse tipo de serviço, além da maior conscientização no tocante da questão ambiental e o aquecimento global. Fig.3 ilustra esse aumento.

                                                                 Fig.3

Além da quantidade, essas instalações também estão aumentando sua capacidade de geração. Essa grande penetração de PV pode gerar grandes problemas relacionados a PQ. As causas são diversas, mas introdução massiva de inversores e a característica intermitente dessa geração, têm grande destaque.

A lista abaixo pontua os distúrbios que devem ser investigados:

• Harmônicos;
• Supra-harmônicos;
• Variações rápidas de tensão;
• Variações lentas de tensão;
• Flicker ;
• Sobretensão;
• Desequilíbrio de tensão;
• Conexão PV on/off.

Outro aspecto que deve ser objeto de estudo, se trata de "Hosting Capacity", que nada mais do que quantidade máxima de geração distribuída que pode ser conectada a um determinado local, sem resultar em qualidade ou confiabilidade inaceitáveis ​​para outros consumidores. 

Referências

[1] Website: https://smartgrid.ieee.org/newsletters/june-2019/maintaining-power-quality-in-smart-grid-the-wind-farms-contribution

*Material disponibilizado pelo professor.