Impacto da geração distribuída em uma subestação

Abstract

O presente Trabalho de Conclusão de Curso propõe uma análise dos impactos da cres cente inserção da Geração Distribuída (GD) em uma subestação elétrica, com ênfase nas alterações nos níveis de tensão e corrente de um alimentador. Diante do cenário de diver sificação da matriz energética brasileira e o aumento da GD, torna-se crucial avaliar como as subestações de média e alta tensão se adaptam a essas novas condições operacionais, que podem gerar desafios como elevação e flutuação de tensão, fluxo reverso de potência e sobrecarga nos alimentadores. A análise é conduzida por meio de um estudo de caso de um alimentador específico (AL1) da subestação SE 1, empregando uma metodologia estruturada em etapas de caracterização do alimentador e seus equipamentos: dados ope racionais de componentes como transformadores de corrente (TC), transformadores de potencial (TP), disjuntores, chaves seccionadoras e barramento, bem como os sistemas de proteção atualmente implementados, incluindo o relé digital SEL 451 e suas funções (50/51, 50/62BF, 79). Para esse estudo foi realizada a simulação de fluxo de potência no ATPDraw: utilização do software para modelar o alimentador e simular o fluxo de potência em diferentes cenários de penetração da GD, nos limites de minigeração. Essas simulações visam observar a resposta do sistema às variações na geração e identificar os novos níveis de corrente e tensão. Análise de superação de equipamentos avalia os limites crítico da capacidade operacional dos equipamentos existentes da subestação em relação aos limites críticos de falta, obtidos pelas simulações com GD. Os parâmetros verificados são tensão, correntes em regime permanente, corrente de curto-circuito simétrico e assimétrico fazendo umcomparativo com os dados de TC, TP, disjuntores, chaves seccionadoras e barramentos. O trabalho busca, portanto, quantificar se a infraestrutura atual da subestação é capaz de suportar as condições impostas pela GD e determinar a necessidade de substituição ou reforço de equipamentos, contribuindo para a segurança e confiabilidade do sistema elétrico.

This Undergraduate Final Project presents an analysis of the impacts of the increasing integration of Distributed Generation (DG) into an electrical substation, with emphasis on changes in voltage and current levels along a feeder. In the context of the diversification of the Brazilian energy matrix and the growth of distributed generation, it becomes essential to evaluate how medium- and high-voltage substations adapt to these new operating conditions, which may introduce challenges such as voltage rise and fluctuation, reverse power flow, and feeder overloads. The analysis is conducted through a case study of a specific feeder (AL1) of Substation SE 1, using a structured methodology that includes the characterization of the feeder and its equipment. Operational data from components such as current transformers (CTs), voltage transformers (VTs), circuit breakers, disconnect switches, and busbars are considered, as well as the protection systems currently implemented, including the SEL 451 digital relay and its protection functions (50/51, 50/62BF, and 79). Power flow simulations are performed using ATPDraw, which is employed to model the feeder and simulate power flow under different DG penetration scenarios within the limits of distributed minigeneration. These simulations aim to assess the system response to generation variations and to identify new current and voltage levels. The equipment capability assessment evaluates the critical operational limits of the existing substation equipment with respect to fault levels obtained from the simulations with DG. The analyzed parameters include voltage levels, steady-state currents, and symmetrical and asymmetrical short-circuit currents, which are compared against the ratings of CTs, VTs, circuit breakers, disconnect switches, and busbars. Therefore, this work seeks to determine whether the current substation infrastructure is capable of withstanding the operating conditions imposed by distributed generation and to identify the need for equipment replacement or reinforcement, contributing to the safety and reliability of the electrical power system.