Melhoria do perfil de tensão em redes elétricas de distribuição por meio de controle distribuído com sistemas de geração fotovoltaica

Abstract

A integração de recursos energéticos distribuídos (RED) nas redes elétricas de distribuição tem aumentado significativamente nos últimos anos, impulsionada por preocupações ambientais e por incentivos ao uso de fontes renováveis, especialmente a geração solar fotovoltaica. Esse crescimento impõe novos desafios operacionais às redes elétricas de distribuição, que devem ser modernizadas para acomodar os REDs, mantendo as tensões e os fluxos de potência dentro de limites admissíveis. Nesse contexto, as arquiteturas de controle distribuído se destacam por sua capacidade plug and play e pela menor complexidade da infraestrutura de comunicação requerida, quando comparadas às soluções centralizadas. Esta tese propõe uma estratégia distribuída de regulação de tensão para redes elétricas de distribuição, baseada no algoritmo de consenso líder-seguidor que coordena o curtailment de potência ativa da geração fotovoltaica em complemento ao controle local Volt-Var. A estratégia proposta é aplicada a uma rede de distribuição desequilibrada de 34 barras, com quatro geradores fotovoltaicos. Os resultados mostram que o uso combinado da estratégia distribuída proposta e do controle local Volt-Var mitiga as sobretensões nas barras monitoradas, realizando o curtailment de potência ativa nos períodos críticos de operação. Além disso, avalia-se a influência da topologia de comunicação, da escolha da unidade líder e dos parâmetros do algoritmo de consenso sobre o comportamento de convergência, os perfis de tensão e a distribuição do curtailment.

The integration of distributed energy resources (DERs) into electrical distribution networks has increased significantly in recent years, driven by environmental concerns and incentives for renewable sources, especially solar photovoltaic generation. This growth imposes new operational challenges on electrical distribution networks, which must be modernized to accommodate DERs while keeping voltages and power flows within admissible limits. In this context, distributed control architecture stands out due to their plug-and-play capability and the lower complexity of the required communication infrastructure when compared with centralized solutions. This dissertation proposes a distributed voltage regulation strategy for electrical distribution networks, based on a leader–follower consensus algorithm that coordinates the active power curtailment of photovoltaic generation in complement to local Volt-Var control. The proposed strategy is applied to an unbalanced 34-bus distribution network with four photovoltaic generators. The results show that the combined use of the proposed distributed strategy and the local Volt-Var control mitigate overvoltages at the monitored buses by performing active power curtailment during critical operating periods. In addition, the influence of communication topology, the choice of the leader unit, and the parameters of the consensus algorithm on the convergence behavior, voltage profiles, and curtailment distribution are evaluated.