Análise de faltas e cálculo de curto-circuito em sistemas de distribuição de energia elétrica com fontes renováveis de geração de energia
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Data
2019-08-16
Autores
Reiz, Cleberton
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
A análise de curto-circuito é um método extremamente importante para os sistemas de energia elétrica (SEE), pois fornece os parâmetros necessários para o dimensionamento adequado dos equipamentos elétricos e ajuste dos dispositivos de proteção que garantem a segurança do SEE e contribuem para a redução dos riscos associados às pessoas próximas ao SEE. Assumindo o atual cenário de intensa inserção de fontes de energia renováveis no SEE, este trabalho propõe métodos e modelos matemáticos para representar os geradores distribuídos de fontes renováveis e não renováveis na análise de curto-circuito em sistemas de distribuição. As características da corrente de curto-circuito de quatro tecnologias de geradores distribuídos são apresentadas: síncrono, indução, fotovoltaico e gerador de indução duplamente alimentado (DFIG, do inglês, Doubly Fed Induction Generator). Neste trabalho considera-se um sistema elétrico trifásico desbalanceado real onde são realizadas simulações de faltas mono-, bi- e trifásicas permitindo, assim, avaliação e compreensão dos efeitos dessas tecnologias nas correntes de curto-circuito em redes de distribuição. Na análise de curto-circuito proposta, o método de varredura para cálculo do fluxo de potência em sistemas radiais, e/ou fracamente malhados, é utilizado na obtenção das condições de operação do sistema de distribuição. A determinação da matriz de impedância nodal com redução de Kron para cada gerador presente no SEE e o princípio da superposição são utilizados no cálculo da corrente de curto-circuito. Simulações comparativas utilizando um software comercial são realizadas para validar todos os resultados obtidos com a metodologia proposta.
Short-circuit analysis is an extremely important method for electrical energy systems, because it provides the parameters necessary for the proper dimensioning of electrical equipment and control devices, that guarantee the safety of the SEE and contribute to the reduction of risks associated with people close to the SEE. Assuming the current scenario of intense insertion of renewable energy sources in the SEE, this work proposes mathematical methods and models to represent distributed generators from renewable and nonrenewable sources in short-circuit analysis in distribution systems. The characteristics of the short-circuit current of four distributed generator technologies are presented: synchronous, induction, photovoltaic and double fed induction generator (DFIG). In this work we consider an unbalanced real three-phase electrical system where mono-, bi- and three-phase faults simulations are performed, thus allowing the evaluation and understanding of the effects of these technologies on short-circuit currents in distribution networks. In the proposed short-circuit analysis, the scanning method for calculating the power flow in radial and / or weakly colored systems is used to obtain the operating conditions of the distribution system. The determination of the nodal impedance matrix with Kron reduction for each generator present in the ESS and the superposition principle are used in the calculation of the short-circuit current. Comparative simulations using commercial software are performed to validate all the results obtained with the proposed methodology.
Short-circuit analysis is an extremely important method for electrical energy systems, because it provides the parameters necessary for the proper dimensioning of electrical equipment and control devices, that guarantee the safety of the SEE and contribute to the reduction of risks associated with people close to the SEE. Assuming the current scenario of intense insertion of renewable energy sources in the SEE, this work proposes mathematical methods and models to represent distributed generators from renewable and nonrenewable sources in short-circuit analysis in distribution systems. The characteristics of the short-circuit current of four distributed generator technologies are presented: synchronous, induction, photovoltaic and double fed induction generator (DFIG). In this work we consider an unbalanced real three-phase electrical system where mono-, bi- and three-phase faults simulations are performed, thus allowing the evaluation and understanding of the effects of these technologies on short-circuit currents in distribution networks. In the proposed short-circuit analysis, the scanning method for calculating the power flow in radial and / or weakly colored systems is used to obtain the operating conditions of the distribution system. The determination of the nodal impedance matrix with Kron reduction for each generator present in the ESS and the superposition principle are used in the calculation of the short-circuit current. Comparative simulations using commercial software are performed to validate all the results obtained with the proposed methodology.
Descrição
Palavras-chave
Energia elétrica Distribuição, Geração distribuída de energia elétrica, Energia Fontes alternativas, Curtos-circuitos, Systems of distribution of electrical energy, Renewable and non-renewable distributed generators, Short-Circuit