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D302 - Desenvolvimento de Sistema Computacional para Anlise Sistemtica de

Gerao Distribuda

CEMIG AXXIOM UNICAMP

(01/2011 11/2013)

Workshop Final

Contedo desta apresentao FEEC/UNICAMP

Motivaes, objetivos e abrangncia do projeto

ETAPAS

Fase 1: Desenvolvimento de sistema computacional para anlise sistemtica de gerao distribuda (redes de mdia tenso)

Fase 2: Desenvolvimento de metodologias e procedimentos para anlise sistmica da instalao de gerao ultra dispersa na rede secundria da CEMIG-D (redes de baixa tenso)

Comentrios Finais

FEEC/UNICAMP

University of Campinas at a glance (2012) UNICAMP (University of Campinas)

It is a state-funded university in Campinas (Sao Paulo) Foundation: 1966 Budget: U$ 1.5 billion (state 2/3 + external funds 1/3) Students: 40,000 (20,000 under / 20,000 grad 5,000 M.Sc; 6,000 Ph.D) Continuous education: 7,000 professionals (students) Faculty members: 1,700 (99% with a Ph.D. degree) Second patent leader in Brazil (Petrobras 21%; Unicamp 15%; USP 14% - from 2004-2008) 17th position in the QS University Rankings: Top 50 Under 50 3rd position in the QS University Rankings: Latin America

FEEC (Faculty of Electrical and Computer Engineering)

Over 80 faculty members Organization: 10 departments (reorganization to 5) Six major areas: energy, control, telecom, computer, biomedical and electronic Undergrad: current: 900+ past: 4500+ (3000+ EE / 1500+ CE) Grad: current: 500+ past: 2500+ (25% of all Brazilian Ph.D./year) National Grad Study Evaluation (CAPES): 7 (the highest evaluation only UNICAMP and

UFRJ in Electrical Engineering)

Faculty of Electrical and Computer Engineering: Some numbers

0

20

40

60

80

100

120

140

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Year

Theses and dissertations at FEEC

Theses Dissertations

0

20

40

60

80

100

120

140

Journal Papers Local

International

12% 16%

14% 56%

2%

External grants and contracts (2011): ~U$ 15 millions

Fapesp (SP State Funding Agency)

Proex (Fed. Funding Agency)

CNPq (Fed. Funding Agency)

Funcamp (External Projects)

Projects (Unicamp)

Electrical Energy Systems Professionals:

Faculty members: 10+ (+3 retired professors still in activity)

Graduate students: 50+

Undergraduate students: 20+

Main topics (software and hardware):

Electrical machines, power electronics

Power quality, stability, protection systems, distributed generation, distribution systems, optimization,...

Real-time simulation (RTDS)

High voltage, transmission systems

Main research funds (around U$ 5,000,000/year):

Brazilian govern funds: FAPESP; CNPq; CAPES; FINEP

Brazilian utilities: ELETROPAULO; CPFL; ELEKTRO; LIGHT; ELETROBRAS; CEMIG; CESP; CEB; CTEEP; CEMAR; ELETRONORTE; CEPEL; CHESF; FURNAS; etc

Motivaes

Gerao distribuda cenrio nacional

Legenda

CGH Central Geradora Hidreltrica

CGU Central Geradora Undi-Eltrica

EOL Central Geradora Eolieltrica

PCH Pequena Central Hidreltrica

UFV Central Geradora Solar Fotovoltaica

UHE Usina Hidreltrica de Energia

UTE Usina Termeltrica de Energia

UTN Usina Termonuclear

Panorama geral de gerao de energia eltrica no Brasil (atualizado em 10/11/2013 - ANEEL).

Empreendimentos em Operao

Tipo Quantidade Potncia Outorgada (kW) Potncia Fiscalizada

(kW) %

CGH 429 260.579 261.785 0,21 EOL 103 2.136.168 2.137.372 1,7 PCH 462 4.634.488 4.595.348 3,66 UFV 35 6.785 2.785 0 UHE 194 86.713.255 80.797.124 64,29 UTE 1.765 37.746.583 35.894.903 28,56 UTN 2 1.990.000 1.990.000 1,58 Total 2.990 133.487.858 125.679.317 100

Empreendimentos em Construo Tipo Quantidade Potncia Outorgada (kW) % CGH 1 848 0 EOL 93 2.346.066 11,65 PCH 32 338.961 1,68 UHE 7 14.060.800 69,85 UTE 19 2.034.020 10,1 UTN 1 1.350.000 6,71 Total 153 20.130.695 100

Empreendimentos Outorgados entre 1998 e 2013 (no iniciaram sua construo)

Tipo Quantidade Potncia Outorgada (kW) % CGH 53 34.351 0,21 CGU 1 50 0 EOL 203 5.455.725 33,02 PCH 142 1.966.016 11,9 UHE 16 3.368.442 20,39 UTE 132 5.699.003 34,49 Total 547 16.523.587 100

Gerao distribuda cenrio nacional Panorama geral de gerao de energia eltrica no Brasil (atualizado em 10/11/2013 - ANEEL).

Empreendimentos em Operao

Tipo Capacidade Instalada % Total % N. de Usinas (kW) N. de Usinas (kW)

Hidro 1.085 85.654.258 63,99 1.085 85.654.258 63,99

Gs Natural 112 12.113.909 9,05 151 13.797.572 10,31 Processo 39 1.683.663 1,26

Petrleo leo Diesel 1.094 3.507.485 2,62 1.127 7.456.308 5,57 leo Residual 33 3.948.823 2,95

Biomassa

Bagao de Cana 375 9.176.436 6,86

472 11.245.482 8,40 Licor Negro 16 1.530.182 1,14

Madeira 50 422.837 0,32 Biogs 22 79.594 0,06

Casca de Arroz 9 36.433 0,03 Nuclear 2 1.990.000 1,49 2 1.990.000 1,49 Carvo

Mineral Carvo Mineral 13 3.389.465 2,53 13 3.389.465 2,53

Elica 103 2.137.372 1,60 103 2.137.372 1,60

Importao

Paraguai 5.650.000 5,46

8.170.000 6,10 Argentina 2.250.000 2,17 Venezuela 200.000 0,19 Uruguai 70.000 0,07

Total 2.988 133.847.587 100 2.988 133.847.587 100

Termeltricas com Co-Gerao Tipo Quantidade Potncia (kW) %

Outorga 6 22.261 0,84 Construo 2 13.158 0,5

Operao 73 2.599.747 98,66 Total 81 2.635.166 100

Gerao distribuda cenrio nacional

Gerao distribuda cenrio mudial

Evoluo do mercado de gerao fotovoltaica no mundo. Fonte: Global Market Outlook for Photovoltaics 2013-2017, European Photovoltaic Industry Association

Gerao distribuda cenrio CEMIG

USINA TIPO ANO 2009 2010 2011

Hidreltricas CGH 2 4 15 PCH 6 13 48 UHE 0 1 5

Termeltricas PCT 3 4 3 UTE 0 3 0

Elicas EOL 0 0 0

Total 11 25 71

Quantidade de consultas de acesso do ano de 2009 a 2011 - CEMIG

Por que 2 FASES?

Gerao Distribuda mudana de cenrio

Com a publicao da Nota Tcnica 0043/2010-RD/ANEEL e outras aes, verificou-se que h interesse no governo brasileiro em incentivar a instalao de gerao distribuda baseada em fontes renovveis (sobretudo geradores fotovoltaicos) em redes de baixa tenso.

Isso produziu um cenrio diferente do previamente vislumbrado no projeto, criando a necessidade de novos estudos e anlises.

Tambm foi exigido que todas as concessionrias de distribuio elaborassem seus guias tcnicos de conexo de gerao distribuda.

Gerao Distribuda mudana de cenrio: principais diferenas

Cenrio Inicial (MT): Poucos geradores (1 ou 2) de mdio porte (MVA) conectados em redes de mdia e alta tenso (13,8 69 kV) As anlises e solues so obtidas caso-a-caso (especficas) Principais fatores limitantes bem definidos:

Regulao de tenso Nvel de curto-circuito Estabilidade Capacidade trmica

Geradores trifsicos

Cenrio Futuro (BT): Vrios geradores (dezenas ou centenas) de baixo porte (kVA) conectados em redes de baixa tenso (220 V) As anlises e solues devem ser generalizadas Principais fatores limitantes ainda no bem definidos e determinados.

Geradores monofsicos

Abrangncia do projeto e objetivos

FASE 1

Redes de mdia tenso

Objetivos Fase 1 Desenvolver um sistema computacional incorporando metodologias de anlise para avaliar os impactos na rede de distribuio da CEMIG-D ocasionados pela insero de gerao distribuda (GD) em determinado local da rede e com determinada capacidade. Os impactos considerados abrangem: Perfil de tenso em regime permanente (sobre/sub tenso) Fluxos de correntes nos alimentadores em regime permanente (sobrecarga) Perdas eltricas Fluxos de correntes de curto-circuito (limites de chaves, equipamento, seletividade) Estabilidade transitria (transitrios de desconexo/conexo, oscilaes) Tais impactos so quantificados atravs de ndices numricos e apresentados de forma amigvel e inteligvel ao usurio, de maneira a facilitar a tomada de deciso envolvendo os benficos ou malefcios das inseres de GD.

Abrangncia Fase 1 Mdulos de anlise:

Mdulo I: Fluxo de carga expandido; Mdulo II: Clculo de curto-circuito; Mdulo III: Anlise de estabilidade transitria; Mdulo IV: Anlise integrada;

Tecnologias de gerao:

Geradores sncronos: com diferentes modos de controle do sistema de excitao (tenso constante, fator de potncia constante e potncia reativa constante) e fontes primrias (turbina a vapor, turbina a gs, turbina hidrulica e mquina de combusto interna);

Geradores de induo: com rotor em gaiola de esquilo acoplado com diferentes fontes primrias, destacando-se turbinas elicas;

Geradores conectados via conversores eletrnicos: nesta classificao esto inclusas as clulas fotovoltaicas; as clulas a combustvel e micro-turbinas.

Abrangncia Fase 1 Permitir que os engenheiros da CEMIG-D analisem tecnicamente as solicitaes de novos acessantes, visando a tomada de deciso considerando os seguintes aspectos:

Mxima potncia que pode ser instalada em um determinado ponto da rede Melhores pontos de conexo em uma determinada regio da rede Determinao da melhor forma de controle (tenso ou potncia reativa constante, por exemplo)

Na forma como foi elaborado o projeto, embora seja possvel analisar os casos com mltiplos geradores, a princip