Arthur Costa de Souza Mateus Andrade Marques de Lima Avaliação críticas das correntes certificadas propostas pelo submódulo 2.8 do procedimento de Rede.

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1 Arthur Costa de Souza Mateus Andrade Marques de Lima Avaliação críticas das correntes certificadas propostas pelo submódulo 2.8 do procedimento de Rede do ONS

2  Em virtude do crescimento da preocupação com a redução da emissão de carbono por parte dos países (Acordo de Paris – 2015), tem havido o aumento da utilização de fontes renováveis de energia. Dentre elas destacam-se: energia eólica, biomassa e fotovoltaica.  A energia fotovoltaica tem tido notável crescimento no mundo quanto ao seu uso. Motivação Fonte: IEA-2015

3  No Brasil, até meados de 2013 (ABSOLAR), o uso do potencial solar estava em torno de 0,05%, porém sua utilização tem crescido de forma exponencial nos últimos anos. Motivação Fonte: Agência Brasil

4 Unidades Constituintes do sistema Fotovoltaico  O Painel Fotovoltaico gera energia em corrente contínua, portanto para a conexão à rede (SFCR), é necessário um estágio para conversão de corrente CC-CA, chamado inversor.

5  O inversor de frequência pode ser considerado como o elemento chave do sistema de geração fotovoltaica, especialmente naqueles conectados à rede.  O inversor possui como função principal a conversão da energia elétrica CC para CA, porém ainda é possível elencar algumas funções muito importantes para o correto funcionamento do sistema fotovoltaico:  Sincronização da frequência com a rede de distribuição;  Proteção do sistema PV (resposta a condições anormais de operação);  Proteção anti-ilhamento;  Controle do MPPT;  Gerenciamento da geração fotovoltaica e estabilidade da rede; O inversor fotovoltaico

6  O inversor de tensão por utilizar o chaveamento por largura de pulso, não gera uma onda perfeitamente senoidal. Por este motivo, é inerente ao seu funcionamento a geração de correntes harmônicas que irão distorcer a rede.  A geração de harmônicos de um inversor é regulada por diversas normas certificadoras internacionais, das quais destacam-se: IEC 62093 (capítulos 4, 7 e 8), IEC 61727, IEEE 1547, IEC 61683 e EN 50530. O inversor fotovoltaico IEC 62093 IEEE 1547

7 O inversor fotovoltaico  As medições de emissão de harmônicos dos inversores, porém leva em consideração apenas os seguintes fatores:  Variação na Tensão;  Rede ideal (Background distortion = 0 ), ou seja não existe distorção harmônica previamente existente.  É sabido porém que tanto o carregamento do inversor quanto as condições da rede influenciam, e muito, nos harmônicos gerados pela rede.

8  As correntes medidas harmônicas medidas nos ensaios dos inversores são denominadas correntes certificadas e serão o alvo de análise deste trabalho. O inversor fotovoltaico

9  Todas as normas analisadas a determinam que as tabelas para certificação das correntes harmônicas destacam que procedimentos para medição sobre situações de redes poluídas ainda estão sob análise.  Os valores de THD de tensão permitidos na rede Básica, de acordo com o submódulo 2.8 dos Procedimentos de Rede do ONS são mostrados a seguir:  Limites globais inferiores: O inversor fotovoltaico  Obs.: os limites superiores globais são obtidos ao se multiplicar os limites inferiores pelo fator 4/3 (item 9.5.3.3 alínea ‘’b’’).

10  Limites individuais inferiores: O inversor fotovoltaico

11 Arranjo fotovoltaico Implementado no Simulink SunPower SPR-315-WHT-D Arranjo formado por: 63 módulos em paralelo; 10 módulos em série; I mp = 362,88 A V mp = 547 V P mp ≈ 200 kW Por array

12  Dados do arranjo fotovoltaico SunPower SPR-315-WHT-D 63 fileiras (strings) em paralelo com 10 módulos em série; Parametrização do módulo fotovoltaico

13 Conversor Boost implementado no Simulink Conversor Boost

14 M ODELAGEM M ATEMÁTICA DO C ONVERSOR B OOST Parametrização do conversor Boost

15 5 Arranjos de painéis fotovoltaicos conectados em seus respectivos conversores Boost Arranjo fotovoltaico de 1 MW

16 Inversor Trifásico de Três Níveis Inversor fotovoltaico de 3 níveis

17 Inversor Trifásico Inversor trifásico de 2 níveisInversor trifásico de 3 níveis

18  Diagrama de bloco do controle do inversor Trifásico Malha de tensão Malha de corrente

19  Controle da malha de tensão  Parâmetros do Conversor Boost

20  Controle da malha de tensão Tensão no Barramento Contínuo Vcc (V)

21  K p = 0,001. Ganho proporcional;  K i = 0,025. Ganho Integral;  W c = 5; Frequência de corte;  W = 377; Frequência de ressonância;  Controle da malha de corrente

22 Sinal depois do compensador P+Res. Sinal antes do compensador P+Res.

23  Controle da malha de corrente Modulação PWM Senoidal de 3 níveis Redução da Distorção harmônica de corrente

24  Controle da malha de corrente Sinal na entrada do PWM.

25  Modulação por PWM Senoidal

26  Diagrama de bloco do controle do inversor implementado no Simulink.

27 Filtro de Acoplamento Filtro LCL Tensão antes do Filtro LCL Tensão depois do Filtro LCL

28  Projeto do Filtro LCL Parâmetros necessários para o cálculo do Filtro Parametrização do Filtro LCL

29 Usina Solar Pirapora de 2 MW Transformador de três enrolamento

30 Sistema hipotético implementado no Matlab/Simulink Scc=17,35 MVA

31 Resultados de Tensão e Corrente no PAC Da Fazenda Solar Malha de tensão -> OK; Malha de corrente-> OK;

32 Estudos de Casos Serão avaliados três situações de operações em dois cenários: Fazenda Solar com irradiância de 1000W/m², 600 W/m² e 200 W/m² Rede trifásica puramente senoidal; Rede trifásica pré-distorcida; 5ª, 7ª, 11ª e 13ª ordem harmônica;

33 Resultados Computacionais Rede trifásica puramente senoidal; Corrente no lado de baixa tensão; Corrente no lado de alta tensão; Tensão no lado de baixa tensão; Tensão no lado de alta tensão; Irradiância de 1000 W/m²

34 Resultados Computacionais Rede trifásica puramente senoidal; Corrente no lado de baixa tensão; Corrente no lado de alta tensão; Tensão no lado de baixa tensão; Tensão no lado de alta tensão; Irradiância de 600 W/m²

35 Resultados Computacionais Rede trifásica puramente senoidal; Corrente no lado de baixa tensão; Corrente no lado de alta tensão; Tensão no lado de baixa tensão; Tensão no lado de alta tensão; Irradiância de 200 W/m²

36 Resultados Computacionais Rede trifásica pré-distorcida; 5ª ordem harmônica 7ª ordem harmônica 11ª ordem harmônica 13ª ordem harmônica

37 Resultados Computacionais Rede trifásica pré-distorcida; Scc=17,35 MVA

38 Resultados de Tensão e Corrente no PAC Da Fazenda Solar para um Background Distortion de 4,93% Malha de tensão -> OK; Malha de corrente-> OK;

39 Resultados Computacionais Rede trifásica pré-distorcida; Corrente no lado de baixa tensão; Corrente no lado de alta tensão; Tensão no lado de baixa tensão; Tensão no lado de alta tensão; Irradiância de 1000 W/m²

40 Resultados Computacionais Rede trifásica pré-distorcida; Corrente no lado de baixa tensão; Corrente no lado de alta tensão; Tensão no lado de baixa tensão; Tensão no lado de alta tensão; Irradiância de 600 W/m²

41 Resultados Computacionais Rede trifásica pré-distorcida; Corrente no lado de baixa tensão; Corrente no lado de alta tensão; Tensão no lado de baixa tensão; Tensão no lado de alta tensão; Irradiância de 200 W/m²

42 Resumo dos Resultados Rede trifásica puramente senoidal Corrente no lado de baixa tensão W/m² THDi (%)0.27 W/m² THDi (%)0.56 W/m² THDi (%)1.7 1000 3ª0.13 600 3ª0.15 200 3ª0.30 5ª0.025ª0.105ª0.43 7ª0.027ª0.087ª0.64 11ª0.0611ª0.0811ª0.64 13ª0.0913ª0.1313ª 0.88 Rede trifásica pré-distorcida Corrente no lado de baixa tensão W/m² THDi (%)2.11 W/m² THDi (%)3.53 W/m² THDi (%)10.65 1000 3ª0.05 600 3ª0.25 200 3ª0.85 5ª0.135ª0.095ª0.92 7ª0.207ª0.347ª0.74 11ª0.7311ª1.4411ª4.33 13ª1.9413ª3.1813ª 9.50 Rede trifásica puramente senoidal Corrente no lado de alta tensão W/m² THDi (%)0.30 W/m² THDi (%)0.54 W/m² THDi (%)1.60 1000 3ª0.18 600 3ª0.07 200 3ª0.06 5ª0.095ª0.115ª0.34 7ª0.037ª0.067ª0.63 11ª0.0511ª0.0411ª0.79 13ª0.0713ª0.3113ª 0.64 Rede trifásica pré-distorcida Corrente no lado de alta tensão W/m² THDi (%)2.14 W/m² THDi (%)3.46 W/m² THDi (%)10.84 1000 3ª0.05 600 3ª0.25 200 3ª0.68 5ª0.155ª0.015ª0.87 7ª0.147ª0.307ª0.66 11ª0.8511ª1.3411ª4.04 13ª1.9313ª3.1413ª 9.87 Rede trifásica puramente senoidal; Rede trifásica pré-distorcida; Corrente Lado de baixa tensão (440 V) Lado de alta tensão (13.8 kV)

43 Resumo dos Resultados Rede trifásica puramente senoidal; Rede trifásica pré-distorcida; Tensão Rede trifásica puramente senoidal Tensão no lado de baixa W/m² THDv (%)0.45 W/m² THDv (%)0.64 W/m² THDv (%)0.61 1000 3ª0.09 600 3ª0.05 200 3ª0.02 5ª0.055ª0.085ª0.07 7ª0.037ª0.067ª0.16 11ª0.1111ª0.0511ª0.25 13ª0.2013ª0.1513ª 0.35 Rede trifásica pré-distorcida Tensão no lado de baixa W/m² THDv (%)7.38 W/m² THDv (%)7.54 W/m² THDv (%)7.45 1000 3ª0.01 600 3ª0.09 200 3ª0.11 5ª1.905ª2.025ª1.99 7ª2.867ª2.937ª2.86 11ª3.1811ª3.3611ª3.39 13ª5.6913ª5.7213ª 5.61 Rede trifásica puramente senoidal Tensão no lado de alta W/m² THDv (%) 0.18W/m² THDv (%)0.25 W/m² THDv (%)0.23 1000 3ª 0.06 600 3ª0.02 200 3ª0 5ª 0.04 5ª0.045ª0.03 7ª 0.02 7ª0.027ª0.07 11ª 0.03 11ª0.0111ª0.12 13ª 0.06 13ª0.1513ª 0.10 Rede trifásica pré-distorcida Tensão no lado de alta W/m² THDv (%)4.93 W/m² THDv (%)4.98 W/m² THDv (%)5.02 1000 3ª0 600 3ª0.04 200 3ª0.04 5ª1.955ª2.045ª2.00 7ª2.687ª2.777ª2.76 11ª2.3511ª2.2311ª2.29 13ª2.7913ª2.8313ª 2.88 Lado de baixa tensão (440 V) Lado de alta tensão (13.8 kV)

44 Conclusão Diante dos resultados levantados percebe-se que o acessante não precisa de seguir a risca as correntes certificadas fornecidas pelo fabricante; A corrente injetada pelo inversor depende da topologia da rede que esta conectada, tendo como os principais parâmetros: Nível de curto circuito da rede (Scc); Valor do Background distortion da rede; Complexidade da topologia da rede ( Muito ou pouco ramificado)

45 Obrigado pela atenção