Redes Elétricas Inteligentes Smart Grid - ppe.ufrj.brppe.ufrj.br/ppe/seminario_renovaveis/apresentacao/06-09-2012/tarde/... · — Aplicação do UPFC em controle de tensão

5 e 6 de Setembro

de 2012

Redes Elétricas InteligentesRedes Elétricas InteligentesSmartSmart GridGrid

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SmartSmart GridGrid

Djalma M. Falcão

Programa de Engenharia Elétrica

Resumo

� Conceitos básicos

� Por que precisamos de uma smart(er) grid?

� Tecnologias

� Wampac

� Microrredes

Operated by Los Alamos National Security, LLC for the U.S. Department of Energy’s NNSAD.M. Falcão - Seminário Inserção de Novas Fontes Renováveis e Redes Inteligentes no Planejamento Energético Nacional - 5-6 de Setembro de 2012

� Impacto no planejamento da expansão

� Smart grid no Brasil e na Coppe

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O que é Smart Grid?

� Pergunta difícil de responder!

• Uma tecnologia?• Algum tipo de equipamento?• Uma metodologia?


� Um conceito

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É uma rede elétrica com elevada integração de tecnologia de informação, telecomunicações, sensoriamento/medição e automação, de forma a aumentar consideravelmente sua capacidade de atender cenários com fontes intermitentes e distribuídas de energia, altos requisitos de confiabilidade, baixo impacto ao meio ambiente e adequada a novos mercados de energia.

Impactos da Smart Grid

Geração Centralizada

TransmissãoDistribuição

e GDConsumo

Incluindo MiniGD, µGD e VE


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Pequeno

Moderado

Grande

Revolucionário

The “smartening” of the electricity

system is an evolutionary process, not

a one-time event.

IEA Report

Por que precisamos de uma Smart (er) Grid?

� Fontes intermitentes de energia e armazenamento

• Eólica• Solar• Ondas• Armazenamento• Veículos Elétricos (VE)


• Veículos Elétricos (VE)

� Geração distribuída conectada a rede de distribuição

• Microgeração (Roof Top)• Minigeração

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� Melhoria da confiabilidade

• Reduzir a probabilidade de blecautes• Capacidade de auto-recuperação

(self healing)

� Gerenciamento pelo lado da demanda

• Programas baseados em preços e


• Programas baseados em preços e tarifas— Tarifação de ponta— Período de uso— Tarifação em tempo real

• Programas baseados em incentivos financeiros— Controle direto da demanda— Interrupção consentida da demanda— Redução da demanda em emergência

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Fonte: Ruggedcom


� Redução de Perdas

• Técnicas• Não Técnicas (Fraude e Furto)

— Medição eletrônica e blindagem da rede— AMI: Advanced Metering Infrastructure— MDI: Meter Data Management

� Redução de Custos Operacionais Fonte: Aneel


� Redução de Custos Operacionais• Grandes áreas de concessão• Mercado disperso• Alimentadores radiais muito longos• Áreas de difícil acesso• Utilidades:

— Localização de faltas— Isolamento de trechos— Auto reconfiguração— Despacho inteligente de equipes— Monitoração de ativos

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Fonte: Aneel

AMI/MDI

Tecnologias Viabilizadoras

Métodos Analíticos e Aplicações(Inteligência)

Sensores e Atuadores

Recursos Energéticos Controle e Otimização

Aplicações dos Consumidores


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Telecomunicações e Tecnologia da Informação(Tecnologia Básica)

Sensores e AtuadoresMedidores Inteligentes

Medição Fasorial Sincronizada (PMU)

Intelligent Electronic DevicesChaves automáticas,

FACTS

Energéticos DistribuídosMicrogeração, Minigeração,

Geração Distribuída, Armazenamento de

Energia

Controle e Otimização das Redes

Automação da DistribuiçãoRedução de Perdas

Avaliação da SegurançaControle Coordenado da

Tensão

Eletrificação dos Transportes

Veículos Elétricos

ConsumidoresEletrodomésticos

inteligentesSistemas domésticos de gerenciamento de

energiaEficiência energética

Fonte: Quanta Technology

Aplicação das Tecnologias

Distribuição

Consumidores

WAMPAC,SCADA, PMUs, FACTS,

HVDC.

Automação de Subestações


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Geração

Automação da DistribuiçãoMicrorredes

Sistema Avançado de Medição (AMI)Gerenciamento da Demanda e Recursos Energéticos Distribuídos

Fonte: Saifur Rahman

WAMPAC: Wide Area Monitoring, Protection and Control

� Motivação

• Disponibilidade de Intelligent Electronic Devices (IED) • Unidades de Medição Fasorial Sincronizada – PMUs• Sistemas de comunicações de dados rápidos e confiáveis

� Monitoração (WAMS)

• Redes de PMUs para monitoração direta — Visualização,

Propagação de distúrbios

Prevenção de

Blackouts


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— Propagação de distúrbios— Oscilações— Estabilidade de Tensão— Variáveis não-operacionais

• Estimação de estado (PMU)

� Proteção (WAPS) e

• Sistemas especiais de proteção• Proteção adaptativa

� Controle (WACS)

• Controle coordenado de tensão• Avaliação da segurança

Dificuldades para Integração de Geração Distribuída

� Técnicas

• Inversão de fluxo• Sobretensões/subtensões• Desbalanceamento de fases• Interação com dispositivos de controle

(reguladores de tensão) e proteção• Harmônicos


• Harmônicos• Capacidade de curto-circuito• Ilhamento não-intencional

� Econômicas

• Comercialização da energia excedente• Perda de receita da concessionária

� Regulatórias

• Restrições técnicas para milhares de “agentes”

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Microrredes

� Conceito

• É um sistema de energia limitado regionalmente, contituído por recursos energéticos distribuídos, consumidores e, opcionalmente,armazenamento

• Opera de forma autônoma, conectada ou não à concessionária• Atua como um agente único perante a concessionária, agregando os

recursos distribuídos


� Características Buscadas

• Autonomia• Estabilidade• Compatibilidade• Flexibilidade• Escalabilidade

� Diferentes formatos e dimensões

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Microrrede em um Campus Universitário

� Agregam fontes de vários tipos para alimentar um conjunto de edifícios

� Capacidade na ordem de dezenas de MW

� Confiabilidade moderada a alta

� Em geral utilizada também como equipamento de pesquisa


Slide 13Fonte: Siemens

Microrredes Cooperativas ou da Concessionária

� Encapsulam uma parte da rede distribuição servindo a uma comunidade

� Podem ser privadas ou de propriedade da concessionária

� Agregam fontes de maior capacidade (PCHs, fazendas eólicas, etc.)

� Interagem diretamente com sistema de supervisão da concessionária


Slide 14Fonte: Siemens

Impacto da Smart Grid no Planejamento da Expansão

� Planejamento da Expansão considera horizontes de muito longo prazo

• Geração: 10-30 anos• Transmissão: 10-20 anos• Distribuição (AT,MT,BT): 2-5 anos

� Fatores considerados

• Previsão da demanda• Previsão da demanda


• Previsão da demanda• Tecnologias disponíveis• Levantamentos dos recursos (inventário hidríco, atlas eólico e

solar, etc• Evolução da economia do país (PIB, e outros indicadores)• Arcabouço regulatório

� Como as tecnologias de Smart Grid afetarão os fatores considerados no planejamento da expansão?

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• Previsão da demanda

• Tecnologias disponíveis

• Arcabouço regulatório

Impacto da Smart Grid no Planejamento da Expansão

� Previsão da Demanda

• Redução/deslocamento do pico • Uso eficiente• Geração distribuída• Redução de perdas técnicas e não-técnicas

� Reserva Operativa

• Redução devido a controle mais efetivo (WAMPAC)


• Redução devido a controle mais efetivo (WAMPAC)• Aumento devido a fontes intermitentes (solar e eólica)

� Novos Procedimentos Regulatórios

• Garantia física da mini e microgeração• Agregadores (Microrredes)

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Atividades de Smart Grid no Brasil

� Projetos Pilotos das concessionárias de Distribuição

• Buzios Cidade Inteligente (Ampla/Endesa) • Projeto Smart Grid (Light)• Cidades do Futuro (Cemig)• Projeto Parintins (Eletrobras Amazonas Energia)• Projeto Smart Grid (AES Eletropaulo)


• InovCity (EDP Bandeirante)• Aquiraz Smart City (Coelce/Endesa)• Fazenda Rio Grande (Copel)

� Tecnologias

• Sistemas de medição centralizados (medidores inteligentes),

• Microgeração (fotovoltaica, minieólica) • Postos de carga para VE • Iluminação eficiente,

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Atividades de Smart Grid no Brasil

� Ministério das Minas e Energia

• Grupo de Trabalho (Relatório Recente)

� ANEEL

• Especificação dos medidores inteligentes• Tarifas de ponta e fora da ponta para consumidores

residenciais (Tarifa Branca)• Regulamentação da microgeração (≤100 kW) e


• Regulamentação da microgeração (≤100 kW) e minigeração (>100 kW, ≤1 MW)

• Sistema de compensação• Regulamentação do uso de medidores inteligentes

para consumidores do grupo B (RN 502, 7/8/12)• Projeto Redes Elétrica Inteligentes liderado pela

Abradee (Relatório Final em preparação)

� CGEE/MCTI

• Levantamento dos requisitos tecnológicos para implantação da Smart Grid (Relatório em preparação)

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Atividades de Smart Grid na COPPE/UFRJ

� Pesquisa e desenvolvimento

• Simulação computacional— Simulight (Simulador de Redes de Distribuição com Geração

Distribuída)— Avaliação da confiabilidade probabilística— Indicadores de Proximidade de Instabilidade de Tensão

utilizando dados de PMUs— Estimação de Estado utilizando dados de PMUs


• Aplicações de eletrônica de potência— Sistema de corrente contínua baseado em VSC— Aplicação do UPFC em controle de tensão— Máquina síncrona virtual

� Microrrede Experimental (Microgrid Testbed)

� Geração solar fotovoltaica

• Telhado do CT (100 kWp -1 MWp)

� Rede Inteligente do Fundão

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OBRIGADO

Djalma M. Falcã[email protected]

Operated by Los Alamos National Security, LLC for the U.S. Department of Energy’s NNSA

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[email protected]

COPPEUFRJPrograma de Engenharia Elétrica

Caixa Postal 6850421241-972 Rio de Janeiro RJ

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