Sistema computacional para simulação e análise de redes com elevada presença de geração distribuída fotovoltaica

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Tonini, Luiz Guilherme Riva
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)
Texto Completo: http://repositorio.ufes.br/handle/10/12565
Resumo: Seeking forms of sustainable energy close to consumption centers, the use of distributed generation was established, especially photovoltaic, which uses a system based on inverters that can possibly improve energy quality. This inverter-based system is represented by diferent models and operating modes. To assess the impact that a high presence of this equipment causes on the electrical system, it is necessary to obtain the voltage profile and fault information, which are obtained by the respective power flow and short-circuit calculations. The purpose of this thesis is to implement a computational system that allows the simulation of feeder networks in this condition of high integration of distributed generation. For this, a methodology will be presented that considers the generator model as a current controlled by voltage source following operating mode curves, as interpreted in the IEEE 1547-2020 standard. The system will use the IEEE 13, 34 and 123-node feeders as a database, with one generator on each load per phase. The quantities obtained will be validated against a phasor model from the MATLAB/Simulink platform. The results showed an average error of 1.94%, 2.39% and 3,11% and a gain in processing time of 1,209.43%, 2,185.24% and 1.095,40%, for the 13, 34 and 123 nodes, in the power flow, respectively. The error and the gain were obtained in relation to a tool whose simulation occurs in the time domain. From the results obtained, it is suggested the application of the platform in larger and more complex systems and analysis of the impact of distributed generation during the short circuit. Another use of the proposed methodology is in the evaluation of the behavior of the intermittency, where it will be applied to the daily curves of solar generation and power consumption, which demonstrated that: at times of low generation and high consumption, depending on the installed power and the network topology, it is necessary the installation of voltage regulators to avoid undervoltage and the generation and consumption curve have a more significant influence on phases with the highest installed active power, with fault current peaks (about 3 pu), where the generators must be disconnected from the network depending on the modes of operation, occurring in lower power phases during peak generation and in higher power phases in a combination of non-generation and higher consumption (≤ 70%).
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To assess the impact that a high presence of this equipment causes on the electrical system, it is necessary to obtain the voltage profile and fault information, which are obtained by the respective power flow and short-circuit calculations. The purpose of this thesis is to implement a computational system that allows the simulation of feeder networks in this condition of high integration of distributed generation. For this, a methodology will be presented that considers the generator model as a current controlled by voltage source following operating mode curves, as interpreted in the IEEE 1547-2020 standard. The system will use the IEEE 13, 34 and 123-node feeders as a database, with one generator on each load per phase. The quantities obtained will be validated against a phasor model from the MATLAB/Simulink platform. The results showed an average error of 1.94%, 2.39% and 3,11% and a gain in processing time of 1,209.43%, 2,185.24% and 1.095,40%, for the 13, 34 and 123 nodes, in the power flow, respectively. The error and the gain were obtained in relation to a tool whose simulation occurs in the time domain. From the results obtained, it is suggested the application of the platform in larger and more complex systems and analysis of the impact of distributed generation during the short circuit. Another use of the proposed methodology is in the evaluation of the behavior of the intermittency, where it will be applied to the daily curves of solar generation and power consumption, which demonstrated that: at times of low generation and high consumption, depending on the installed power and the network topology, it is necessary the installation of voltage regulators to avoid undervoltage and the generation and consumption curve have a more significant influence on phases with the highest installed active power, with fault current peaks (about 3 pu), where the generators must be disconnected from the network depending on the modes of operation, occurring in lower power phases during peak generation and in higher power phases in a combination of non-generation and higher consumption (≤ 70%).Buscando formas de energia sustentável e próximas aos centros de consumo, estabeleceu-se o uso de geração distribuída, em especial a fotovoltaica, que utiliza um sistema baseado em inversores para possivelmente melhorar a qualidade de energia. Esse sistema baseado em inversores é representado por diferentes modelos e modos de operação. Para avaliar o impacto que uma alta presença deste equipamento causa na rede elétrica faz-se necessário obter o perfil de tensão e informações de falta, que são logrados pelos respectivos cálculos de fluxo de potência e curto-circuito. A proposta desta tese é implementar um sistema computacional que permita a simulação de redes com alimentadores na condição de elevada integração de geração distribuída. Para isso será apresentada uma metodologia que considera o modelo do gerador como fonte de corrente controlada por tensão seguindo curvas de modos de operação, conforme interpretação da norma IEEE 1547-2020. O sistema terá como referência de banco de dados os alimentadores de 13, 34 e 123 nós do IEEE, com um elemento de geração distribuída em cada fase com carga por nó. As grandezas obtidas foram validadas por comparação com um modelo fasorial da plataforma MATLAB/Simulink. Os resultados mostram um erro médio respectivo de 1,94%, 2,39% e 3,11% e um ganho em tempo de processamento de 1.209,43%, 2.185,24% e 1.095,40%, para 13, 34 e 123 nós, no fluxo de potência, respectivamente. O erro e o ganho foram obtidos em relação a uma ferramenta que cuja simulação ocorre no domínio do tempo. A partir dos resultados obtidos, é sugerido a aplicação da plataforma em sistemas maiores e mais complexos e a análise do impacto da geração distribuída durante o curto-circuito. Outro uso da metodologia proposta é na avaliação do comportamento da intermitência, que será aplicada ao atendimento a curvas diárias de geração solar e consumo de potência, que demonstraram que: em horários de baixa geração e alto consumo, dependendo da potência instalada e da topologia da rede, é necessária a instalação de reguladores de tensão para evitar subtensão, e que a curva de geração e consumo influenciam mais significativamente nas fases com maior potência ativa instalada, com picos de corrente de falha (cerca de 3 pu), no qual os geradores devem ser desconectados da rede dependendo dos modos de operação, ocorrendo em fases de menor potência durante o pico de geração e em fases de maior potência em uma combinação de não geração e maior consumo (≤ 70%).Fundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)Texthttp://repositorio.ufes.br/handle/10/12565porUniversidade Federal do Espírito SantoDoutorado em Engenharia ElétricaPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUFESBRCentro TecnológicoEngenharia ElétricaGeração distribuída baseada em inversor Elevada integração de geração distribuída Fluxo de potência Curto-circuito Modos de operaçãoSistema computacional para simulação e análise de redes com elevada presença de geração distribuída fotovoltaicainfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFESORIGINALLuizGuilhermeRivaTonini-2023-Trabalho.pdfapplication/pdf10221682http://repositorio.ufes.br/bitstreams/4b037267-afbb-4235-9490-d002235b0f70/downloadb581bac7b7cf535fdd302fd36b6067b2MD5110/125652024-09-23 14:50:00.185oai:repositorio.ufes.br:10/12565http://repositorio.ufes.brRepositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestopendoar:21082024-10-15T18:00:23.186783Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false
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