Função da ERA: Entidade executora

Contratante: CPFL Energia

Código do projeto na ANEEL: PD-00063-3085/2022

Duração do projeto: 30 meses

Demais Entidade Executoras: 

• Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

• Escola de Engenharia de São Carlos – Universidade de São Paulo (EESC–USP)

• Universidade Estadual do Oeste do Paraná – UNIOESTE

Segmento do projeto: Distribuição de energia elétrica

Tema de Pesquisa: OP06 - Estudo, simulação e análise do desempenho de sistemas elétricos de potência

Fase na Cadeia de Inovação: PA – Pesquisa Aplicada

Resumo: O aumento dos níveis de geração distribuída (GD) nas redes de distribuição de energia elétrica tem despertado preocupações do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) quanto a possíveis impactos negativos à estabilidade do Sistema Interligado Nacional (SIN). Neste sentido, o ONS sugeriu à Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) a adoção de requisitos mínimos de proteção anti-ilhamento e de curvas de regulação de geradores distribuídos. Quanto à proteção anti-ilhamento, a principal preocupação é a desconexão massiva e indevida da geração distribuída ocasionada por perturbações no SIN, culminando com o agravamento dos efeitos destas perturbações. Similarmente, a adoção de requisitos mínimos de regulação de GD visa oferecer suporte à regulação de frequência e de tensão no SIN. Entretanto, a adoção desses requisitos pode criar conflitos que devem ser estudados nos sistemas de distribuição. Dentre estes conflitos, destaca-se que, em caso de ilhamento, a proteção dos geradores distribuídos deve promover sua rápida desconexão visando a segurança dos profissionais, consumidores e equipamentos instalados nas redes de distribuição. Portanto, a flexibilização dos requisitos de proteção pode prejudicar a função primordial das funções de proteção anti-ilhamento. No que concerne os requisitos de regulação, o conflito envolve os proprietários de GD que podem ter seus custos operacionais elevados com esta prática. Neste contexto, este projeto propõe realizar estudos e desenvolver metodologias de análise de risco, metodologias de solução de compromisso e metodologias técnico-econômicas, visando solucionar os potenciais conflitos e considerando as perspectivas dos sistemas de distribuição, dos proprietários de GD e de órgãos reguladores. Estas metodologias serão de fácil aplicação prática, considerarão diferentes tecnologias, esquemas de proteção anti-ilhamento passivos e ativos e diferentes níveis de penetração de GD em redes de distribuição de baixa, média e alta tensão. Dentre as proteções passivas de detecção de ilhamento, serão analisadas as funções de proteção de sub/sobrefrequência, sub/sobretensão, taxa de variação de frequência e rápida taxa de variação de frequência. Em relação às proteções ativas, este projeto contemplará as proteções baseadas em realimentação positiva de tensão e/ou de frequência. Em resumo, as metodologias propostas fornecerão suporte técnico e econômico (com análise dos custos envolvidos na adoção de cada solução) para solucionar os conflitos mediante soluções de compromisso que atendam tanto aos requisitos sugeridos pelo ONS quanto às necessidades e interesses técnicos e econômicos das distribuidoras e dos proprietários da GD. Portanto, elas permitirão avaliar os riscos de violação dos requisitos de proteção e regulação em função do nível de penetração e características operativas da GD.

Palavras-chave: Análise de risco, detecção de ilhamento, geração distribuída, proteção, curvas de regulação.

Função da ERA: Entidade executora

Contratante: CPFL Energia

Código do projeto na ANEEL: PD-00063-3091/2023

Duração do projeto: 48 meses

Demais Entidade Executoras: 

• Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP

Segmento do projeto: Distribuição de energia elétrica

Tema de Pesquisa: OP06 - Estudo, simulação e análise do desempenho de sistemas elétricos de potência

Fase na Cadeia de Inovação: PA – Pesquisa Aplicada

Resumo: Este projeto tem como objetivo geral desenvolver metodologias para cálculo eficiente de capacidade de acomodação de geradores distribuídos (GDs) em redes de baixa e média tensão, e metodologias para determinar reforços de rede mais adequados em diferentes regiões e cenários de integração de GDs. Estas metodologias serão implementadas como módulos de uma ferramenta computacional. As metodologias e ferramenta computacional serão desenvolvidas em quatro fases: duas fases dedicadas ao desenvolvimento de metodologias probabilísticas e analíticas para cálculo da capacidade de acomodação e de reforços em redes de baixa tensão, e duas fases dedicadas ao desenvolvimento de metodologias determinísticas e analíticas para cálculo da capacidade de acomodação e de reforços em redes de média tensão. Um diferencial destas metodologias em relação às já existentes é seu nível de abrangência, uma vez que são capazes de tratar solicitações de acesso com diferentes características (monofásicas, bifásicas e trifásicas, com diferentes capacidades, diferentes pontos de conexão) e em diferentes níveis de tensão, além da capacidade de determinar os reforços de rede mais adequados em diferentes cenários. A automatização da análise de solicitações de acesso traz ganhos significativos para a distribuidora com a redução de homens-hora necessários para análise, e a gestão automatizada de reforços de rede permite reduzir custos com transgressões de tensão e custos com perdas técnicas. As metodologias e a ferramenta computacional resultantes são aplicáveis especialmente às áreas de engenharia e gestão de ativos da empresa, que atualmente tratam as solicitações de acesso com baixo nível de automatização dos processos. Mais especificamente, as metodologias podem ser aplicadas pela área de engenharia na gestão de solicitações de acesso e reforços em redes de média tensão, e pela área de gestão de ativos no atendimento de solicitações de acesso e reforços em redes de baixa tensão. A relevância deste projeto se estende a todas as concessionárias de energia elétrica e aos consumidores finais. Ele pode ser utilizado para reduzir os custos da distribuidora para análise das solicitações de acesso (tanto em termos de homens-hora quanto de reforços de rede), além de evitar impactos adversos na qualidade de energia da rede. Maior eficiência e redução da necessidade de investimentos na rede contribuem para a redução da tarifa de energia, beneficiando diretamente os consumidores finais. De certa forma, os resultados deste projeto também podem subsidiar a atualização da regulamentação vigente acerca de solicitações de acesso de GDs.

Palavras-chave: Capacidade de acomodação, geração distribuída, reforços de rede, sistemas de distribuição.

Função da ERA: Empresa de Suporte

Contratante: Universidade de São Paulo (USP)

Financiadora: TotalEnergies

Código do projeto na ANP: 23658-8

Duração do projeto: 36 meses

Área do projeto: Outras Fontes de Energia / Outras Fontes Alternativas / Sistemas Híbridos

Fase na Cadeia de Inovação: PA – Pesquisa Aplicada

Objeto de Contrato: Implementação Computacional de Modelos Elétricos

Resumo: Os sistemas de distribuição de energia elétrica modernos estão passando por mudanças significativas, especialmente com o rápido aumento na penetração de recursos energéticos distribuídos (REDs), como geradores fotovoltaicos e eólicos, veículos elétricos e sistemas de armazenamento de energia. Esses dispositivos utilizam tecnologias baseadas em eletrônica de potência, as quais podem apresentar características de resistência negativa em determinadas frequências. Desta forma, esses REDs baseados em eletrônica de potência têm o potencial de diminuir o amortecimento de ressonâncias no sistema elétrico e, consequentemente, danificar equipamentos presentes no circuito e cargas dos consumidores (e seus processos). Este problema pode criar perdas financeiras significativas tanto para a concessionária de distribuição, quanto para o consumidor final. Como a alta penetração de REDs em sistemas de distribuição é uma tendência relativamente recente, ainda é incerto quais são as características principais e os cenários mais críticos destas ressonâncias. Além disso, não existem métodos bem estabelecidos que antecipem o risco destas ressonâncias problemáticas e que as mitiguem. Neste contexto, o objetivo deste projeto é obter uma caracterização detalhada destas ressonâncias em sistemas de distribuição com alta penetração de REDs e desenvolver métodos para prever e mitigar o risco de ocorrência destas ressonâncias problemáticas a fim de evitar danos dispendiosos aos equipamentos do sistema. O foco principal está no desenvolvimento de métodos sistemáticos que possam acelerar o processo de tomada de decisão dos engenheiros em termos de quais ações devem ser tomadas para evitar ou eliminar ressonâncias, tanto durante o planejamento quanto durante a operação de sistemas de distribuição com alta penetração de REDs. Os resultados deste projeto serão utilizados não somente para reduzir os riscos e custos associados a perdas técnicas e danos a equipamentos, desconexão não planejada de processos dos consumidores, redução de vida útil dos equipamentos e número de homens-hora necessários para gerenciar tais ressonâncias. Os resultados deste projeto podem também ser utilizados para auxiliar o aperfeiçoamento de regulações nacionais para a integração de REDs nos sistemas de distribuição.

Palavras-chave: Recursos energéticos distribuídos, ressonância, sistemas de distribuição.

Função da ERA: Empresa de Suporte

Contratante: Universidade de São Paulo (USP)

Financiadora: TotalEnergies

Código do projeto na ANP: 23673-7

Duração do projeto: 36 meses

Área do projeto: Outras Fontes de Energia / Outras Fontes Alternativas / Energia Eólica

Fase na Cadeia de Inovação: PA – Pesquisa Aplicada

Objeto de Contrato: Implementação Computacional de Modelos Elétricos

Resumo: Os parques eólicos modernos empregam principalmente tecnologias de geração eólica com conversores eletrônicos de potência. A interação entre esses conversores eletrônicos de potência e equipamentos estáticos para compensação de potência reativa instalados em subestações e linhas de transmissão podem resultar em ressonâncias mal amortecidas ou até mesmo instáveis. Esse fenômeno pode danificar componentes tanto do parque eólico quanto do sistema de transmissão, causando elevados prejuízos financeiros às partes envolvidas. Atualmente, os estudos para identificar o risco de ressonâncias ou não são conduzidos rotineiramente ou são baseados em numerosas e complexas simulações de transitórios eletromagnéticos, as quais necessitam de profissionais altamente qualificados (com altos custos de homem-hora) e elevado tempo computacional. Como este é um problema relativamente recente (reportado formalmente pela primeira vez em 2009), faltam técnicas bem estabelecidas e bem aceitas na indústria para detectar e mitigar esse fenômeno, tanto em situações mal amortecidas quanto instáveis. Neste contexto, o objetivo deste projeto é fornecer contribuições significativas para o gerenciamento de ressonâncias em parques eólicos; com a identificação detalhada das características e causas do problema (caracterização), desenvolvendo metodologias para abordar todos os aspectos do problema: técnicas para antecipar e mitigar o risco de ressonância (predição), e técnicas para mitigar esse risco de ressonâncias ou mitigar ressonâncias já em andamento (mitigação). O foco principal está no desenvolvimento de métodos sistemáticos que possam agilizar o processo de tomada de decisão dos engenheiros em termos de quais ações devem ser realizadas para evitar ou eliminar ressonâncias, seja durante o planejamento ou operação do parque eólico. Os resultados deste projeto serão utilizados não somente para reduzir os riscos e custos associados a perdas técnicas e danos a equipamentos, desconexão não planejada de blocos de geração, redução de vida útil dos equipamentos e número de homens-hora necessários para gerenciar ressonâncias em parques eólicos, mas também para auxiliar o aperfeiçoamento de regulações (estabelecidas pelo Operador Nacional do Sistema, ONS) para a conexão de parques eólicos.

Palavras-chave: Geração eólica, ressonância, sistemas de transmissão.

Função da ERA: Executor

Contratante e Financiador: Electric Power Research Institute (EPRI)

Código EPRI: 10017497

Duração do projeto: 9 meses

Área do Projeto: Simulação de sistemas elétricos

Objeto de Contrato: Desenvolvimento de Ferramenta Computacional (Software)

Resumo: O software OpenDSS (do inglês, Open-source Distribution System Simulator), de propriedade do Electric Power Research Institute (EPRI), foi lançado em 2008. Nos anos seguintes, múltiplos usuários do setor elétrico utilizaram esta ferramenta para validar simulações, desenvolver modelos e realizar análises avançadas de sistemas elétricos. Esta ferramenta gratuita é utilizada pelo EPRI como meio de demonstração científica para agentes do setor elétrico. Originalmente desenvolvida em Delphi, o OpenDSS continuou crescendo desde seu lançamento, incorporando modelos especializados e técnicas de computação moderna. Em 2021, o EPRI lançou um projeto de tradução do código do OpenDSS de Delphi para C++, com integração multiplataforma. Esta nova versão, denominada OpenDSS-C, oferece a oportunidade de novos usos, desenvolvimentos e desempenho avançado, facilitando a integração com funcionalidades e modelos desenvolvidos por parceiros da indústria e institutos de pesquisa. Em parceria com o grupo de pesquisa da UNICAMP liderado pelo Prof. Walmir Freitas, a ERA foi selecionada para avaliar, validar e implementar novas funcionalidades e melhorias no OpenDSS-C.

Palavras-chave: C++, Simulação de sistemas de distribuição, OpenDSS.