Aplicação de dispositivos de armazenamento para melhoria da resposta de frequência em SEE com alta penetração de energia eólica : Application of storage devices to improve the frequency response in electrical power systems with high wind energy penetration

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pieroni, Thiago, 1989-
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633276
Resumo: Orientador: Daniel Dotta
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Nesta conjuntura, devido à crescente preocupação com o meio ambiente, o incentivo para o aumento da produção de energia renovável vem crescendo e as fontes de energia eólica ganham forte impulso. Um dos principais desafios relacionados à geração intermitente é a baixa inércia desse tipo de geração, visto que a baixa inércia deixa o sistema elétrico vulnerável à perdas de geração associadas à transitórios de sub-frequência. Outro desafio importante é o controle de frequência, que é projetado para corrigir os desvios de frequência causados por variações na carga/geração. Neste trabalho é proposto um estudo sobre a aplicabilidade de dispositivos de armazenamento do tipo baterias para a melhoria do desempenho dinâmico de Sistemas de Energia Elétrica com alta penetração de geração eólica, com foco no controle de frequência. O modelo do SEE em estudo neste trabalho é um sistema-teste de 11 barras com duas áreas de operação, constituído de quatro geradores síncronos compostos por turbinas térmicas a vapor. O sistema é implementado no MATLAB/Simulink e, antes de realizar testes com a conexão da bateria, a rede em análise é implementada também no ANAREDE/ANATEM e no Power System Toolbox (PST), e validada com essas duas plataformas de simulação. Posteriormente, o SEE é adaptado com participação da geração eólica no lugar de uma das turbinas térmicas. A bateria e a geração eólica também são implementadas no MATLAB/Simulink. São feitos estudos com diversas configurações de conexão da bateria no sistema, de forma a identificar os melhores resultados para a aplicação do dispositivo no auxílio do controle de frequência. Os estudos são divididos em etapas de análise de estabilidade a pequenas perturbações com autovalores, e realização de simulações não-lineares com aplicação de distúrbios do tipo aumento de carga. Adicionalmente, uma metodologia para a alocação de baterias com foco na melhoria da resposta de frequência do sistema é proposta. As análises de controlabilidade indicam que o melhor barramento para conexão de uma bateria no SEE é a barra 1, e para a alocação de duas baterias são as barras 1 e 4. As simulações não-lineares mostraram coerência com a maioria dos resultados das análises de afundamento de frequência na primeira oscilação (Nadir), em relação às análises de controlabilidade com autovalores para as alocações de baterias, considerando a frequência do COI e a frequência média. As principais contribuições deste trabalho podem ser resumidas em: a) Abordagem sistemática na identificação dos pontos de conexões mais eficazes para uma e duas baterias, visando a resposta de frequência inercial do SEE; b) Diferente de outros trabalhos apresentados na literatura, neste trabalho, os estudos são realizados utilizando modelos completos que melhoram a análise; c) Todos os resultados obtidos são validados usando a simulação não-linear no domínio do tempoAbstract: In recent years, there is a need to incorporate new generation sources into the Electrical Power Systems (EPS). At this juncture, due to the growing concern with the environment, the incentive to increase the sustainable energy production is growing and wind energy sources are gaining momentum. One of the main challenges related to intermittent generation is the low inertial content of this type of generation, since the low inertia leaves the electrical system vulnerable to generation losses associated with the sub-frequency transients. Another important challenge is frequency control, which is designed to correct the frequency deviations caused by variations in load / generation. This work proposes a study on the applicability of battery type storage devices for the improvement of the dynamic performance of Electrical Power Systems with high penetration of wind generation, focusing on frequency control. The ESS model studied in this work is an 11 bar test system with two operating areas, consisting of four synchronous generators composed of steam thermal turbines. The system is implemented in MATLAB / Simulink, and before testing the battery connection, the network under analysis is also implemented in ANAREDE / ANATEM and Power System Toolbox (PST), and validated with these two simulation platforms. Subsequently, the ESS is adapted with the participation of wind generation in place of one of the thermal turbines. The battery and Wind Generation are also implemented in MATLAB/Simulink. Studies are done with several configurations of battery connection in the system, in order to identify the best results for the application of the device in the frequency control assistance. The studies are divided into stages of small-signal stability assessment using eigenvalues, and non-linear simulations with application of disturbances of the type increase of load. In addition, a methodology for the allocation of batteries focused on improving the system frequency response is proposed. The controllability analysis with eigenvalues indicated that the best bus for the connection of one BESS in the system is the bus 1 and, for the connection of two BESS in the system, the best configuration is the allocation of the batteries at buses 1 and 4. The nonlinear simulations showed coherence for most of the results of the frequency Nadir analysis, in relation to the controllability analysis with eigenvalues for the BESS allocations, considering the behavior of the frequency of COI and average frequency. The main contributions of this work can be summarized as follows: a) Systematic approach on identifying of the most effective connection points for one and two batteries aiming the inertial power system frequency response; b) Different from other works presented in the literature, in this paper, the studies are carried out using full models improving the analysis; c) All the obtained results are validated using nonlinear time-domain simulationMestradoEnergia ElétricaMestre em Engenharia ElétricaCNPQ159673/2015-1[s.n.]Dotta, Daniel, 1978-Salles, Mauricio Barbosa de CamargoRider Flores, Marcos JulioUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASPieroni, Thiago, 1989-20182018-01-31T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf1 recurso online (85 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633276PIERONI, Thiago. Aplicação de dispositivos de armazenamento para melhoria da resposta de frequência em SEE com alta penetração de energia eólica: Application of storage devices to improve the frequency response in electrical power systems with high wind energy penetration. 2018. 1 recurso online (85 p.) Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/1633276. Acesso em: 3 set. 2024.https://repositorio.unicamp.br/acervo/detalhe/994901Requisitos do sistema: Software para leitura de arquivo em PDFporreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instname:Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)instacron:UNICAMPinfo:eu-repo/semantics/openAccess2018-04-20T14:13:57Zoai::994901Biblioteca Digital de Teses e DissertaçõesPUBhttp://repositorio.unicamp.br/oai/tese/oai.aspsbubd@unicamp.bropendoar:2018-04-20T14:13:57Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)false
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