Análise dos impactos técnicos da geração distribuída em sistemas de distribuição de energia elétrica de baixa tensão

Abstract

A partir da necessidade de aumentar a confiabilidade no suprimento de energia elétrica, com base na diversificação da sua matriz, aliada a questões ambientais, muitos países têm fortalecido o incentivo e a utilização de fontes alternativas e renováveis, tais como a energia solar, energia eólica e da biomassa. A inserção de recursos energéticos distribuídos nos sistemas de distribuição de energia elétrica traz a vantagem de tais recursos poderem ser instalados junto às cargas, diminuindo as perdas técnicas que ocorrem no transporte de energia. No entanto, a conexão desse tipo de geração distribuída provoca mudanças no fluxo de potência das redes de distribuição, as quais foram concebidas, inicialmente, para operarem de forma radial, com suprimento de energia proveniente dos sistemas de transmissão. Além disso, o aumento da penetração de geração distribuída pode ocasionar alterações nos parâmetros técnicos das redes de distribuição, em particular nos níveis de tensão e nas perdas elétricas. Considerando os cenários descritos, este trabalho avalia, através de simulações numéricas realizadas no programa OpenDSS, os impactos da inserção de geração distribuída fotovoltaica em redes de distribuição de baixa tensão, considerando diferentes níveis de penetração, capacidade de hospedagem e aspectos de sazonalidade por parte da geração e da carga. Para isso, foi utilizado um sistema de testes do IEEE, onde foram avaliados cenários com dias de verão e inverno considerando diferentes condições de irradiação, como dias com céu limpo e nublado. Também foi considerada a sazonalidade da carga observada nos municípios com grande flutuação populacional, como é o caso do município de Tramandaí, localizado no litoral norte do Rio Grande do Sul. Foram avaliados os perfis de tensão, o carregamento dos condutores e do transformador e as perdas ao longo da rede. Constatou-se que, para os cenários avaliados, a inserção de geração distribuída fotovoltaica afeta os níveis de tensão e as perdas no sistema, porém os critérios de níveis de tensão, carregamento do transformador e dos condutores, considerados como possíveis limitantes não foram atingidos.

Facing the demand to increase the energy reliability through the diversification of the energetic matrix, combined with environmental aspects, several countries have strengthened the incentive and use of alternative and renewable energy resources such as solar, wind and biomass energy. The insertion of distributed energy resources in distribution networks has the advantage of these resources being able to be installed next to the loads, reducing technical losses that occur in the energy transport. However, connecting these systems changes the power flow in the distribution networks, as the grid was initially conceived to operate in a radial manner with energy supplied by the transmission system. Conjointly, increasing the penetration of distributed resources, the distribution grid’s technical parameter may be affected, especially voltage levels and network electrical losses. This study evaluates, through numerical simulations carried out in the software OpenDSS, the impacts of photovoltaic distributed generation insertion in low-voltage distribution networks, considering different penetration levels, hosting capacity, and seasonality from both the load and the generation. An IEEE test system was used, in which summer and winter days were considered as well as different irradiation conditions, such as clear and cloudy skies. The seasonality of the load observed in cities with large population fluctuation was also considered; this is the case of Tramandaí, a city located on the northern coast of Rio Grande do Sul. The voltage profiles, the conductors and transformers loading, and the losses along the network were evaluated. For the evaluated network, the system depicted changes in its behavior as the distributed energy resources were incremented; however, it does not operate outside the stipulated voltage or thermal limits.