Desenvolvimento de um sistema híbrido de armazenamento de energia por baterias (HBESS) para a alimentação de serviços auxiliares em uma subestação de alta tensão

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Costa, Tatiane Silva, 1989-
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Tese
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Texto Completo: https://hdl.handle.net/20.500.12733/11007
Resumo: Orientador: Marcelo Gradella Villalva
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spelling Desenvolvimento de um sistema híbrido de armazenamento de energia por baterias (HBESS) para a alimentação de serviços auxiliares em uma subestação de alta tensãoDevelopment of a hybrid battery energy storage system (HBESS) to supply auxiliary services in a high voltage substationEfeito fotovoltaicoEnergia - ArmazenamentoPhotovoltaic effectEnergy - StorageOrientador: Marcelo Gradella VillalvaTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoResumo: As subestações (SEs) de alta tensão do Sistema Elétrico Integrado (SIN), isto é, aquelas com tensão operacional igual ou superior a 230 kV, precisam atender aos Procedimentos de Rede estabelecidos pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), visando assegurar o desempenho adequado da Rede Básica. Dentre os requisitos existentes, o Submódulo 2.6 estabelece as condições para suprimento dos serviços auxiliares de corrente contínua (CC) e alternada (CA) dessas instalações. No que tange aos circuitos CA, as SEs devem dispor, preferencialmente, de duas fontes de alimentação: uma externa e outra oriunda do terciário do transformador. Alternativamente, as SEs podem ser atendidas por alimentadores externos e originários de subestações distintas. Por diversas razões operacionais, algumas dessas subestações do SIN não conseguem adequar-se às exigências do Submódulo 2.6 e, mediante anuência do ONS, utilizam grupos motogeradores (GMG) adicionais como opção de redundância. A utilização do GMG em contingência severa, todavia, não elimina a interrupção de suprimento, pois sua atuação é iniciada após a falta da rede. Durante esse evento, todas as cargas da SE têm sua alimentação interrompida e, num segundo momento, as cargas essenciais são temporariamente supridas pelo banco de baterias chumbo-ácidas dos Serviços Auxiliares CC — tempo suficiente para que o GMG atue. Uma possível solução para esse problema é o uso de sistemas de armazenamento de energia por baterias, que têm como característica a versatilidade de operação nos modos on-grid e off-grid. Nesse contexto, a Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF) lançou a chamada pública de projeto de PD+I, no âmbito do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento Tecnológico do Setor de Energia Elétrica da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), intitulada "Minigeração fotovoltaica com Armazenamento de energia por Baterias como fonte autônoma de Suprimento dos serviços auxiliares de subestações 230/500 kV com Restrição de fonte interna" para ser aplicada a Subestação de Transmissão Teotônio Vilela (conhecida como SE Messias), em Alagoas. Assim, este trabalho desenvolveu uma solução de sistema híbrido de armazenamento de energia (Hybrid Energy Storage System — HBESS), em que foi desenvolvido o Método de Compensação de Energia. Os resultados apontam o dimensionamento de um HBESS com capacidade de 1.215/242 kWh (PbC e Li). As baterias de íons de lítio e de chumbo-carbono apresentam características distintas voltadas para aplicações de potência e energia, respectivamente. Por fim, a junção das duas tecnologias promove não apenas melhor desempenho, mas apresenta maior segurança, culminando na garantia de suprimento dos serviços auxiliares nas situações de contingência em conjunto com sistema fotovoltaico (FV)Abstract: The high voltage substations (SEs) of the Brazilian Interconnected Transmission System (SIN), that is, those with an operating voltage equal to or greater than 230 kV. They must comply with the Grid Procedures established by the Brazilian Electric System Operator (ONS), to ensure the adequate performance of the transmission network. Among the existing requirements, Sub-module 2.6 establishes the conditions for supplying auxiliary direct current (DC) and alternating current (AC) services for these facilities. About AC circuits, the SEs should preferably have two power sources: one external and the other from the tertiary side of the transformer. Alternatively, the SEs can be served by external feeders originating from different substations. For various operational reasons, some of these SIN substations are unable to adapt to the requirements of Submodule 2.6 and, with the consent of the ONS, use additional motor generator sets (GMG) as a redundancy option. The use of the GMG in severe contingency, however, does not eliminate the interruption of supply, since its action is initiated after the failure of the grid. During this event, all the loads in the SE have their power supply interrupted and, in a second moment, the essential loads are temporarily supplied by the lead-acid battery bank used for DC Auxiliary Services — enough time for the GMG to act. A possible solution to this problem is the use of battery energy storage systems, which feature the versatility of operation in on-grid and off-grid modes. Companhia Hidro Elétrica do São Francisco (CHESF) launched a public call for a R&D+I project, within the scope of the Research and Technological Development Program for the Electric Energy Sector of the Brazilian Electricity Regulatory Agency (ANEEL). The project "Photovoltaic Mini-Generation with Battery Energy Storage as an Autonomous Source of Supply of Auxiliary Services of 230/500 kV Substations with Internal Source Restriction" focuses on the Teotônio Vilela Transmission Substation (known as SE Messias), in Alagoas. Thus, this work developed a solution for a Hybrid Energy Storage System — HBESS, in which the Energy Compensation Method was developed. The results point to the design of a HBESS with a total nominal power of 500 kW and 1,215/242 kWh (PbC and Li). Lithium-ion and lead-carbon batteries have distinct characteristics aimed for power and energy applications, respectively. Finally, the combination of the two technologies not only promotes better performance, but also provides greater security, culminating in the guarantee of supply of auxiliary services in contingency situations with phovotoltaic system (PV)DoutoradoEnergia ElétricaDoutora em Engenharia Elétrica[s.n.]Villalva, Marcelo Gradella, 1978-2023Marinho, Manoel Henrique da NóbregaReis, Marcos Vinicios Gomes dosDias Filho, Roberto FelicianoInga Narváez, DanteUniversidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Faculdade de Engenharia Elétrica e de ComputaçãoPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaUNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCosta, Tatiane Silva, 1989-20222022-04-12T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdf1 recurso online (121 p.) : il., digital, arquivo PDF.https://hdl.handle.net/20.500.12733/11007COSTA, Tatiane Silva. Desenvolvimento de um sistema híbrido de armazenamento de energia por baterias (HBESS) para a alimentação de serviços auxiliares em uma subestação de alta tensão. 2022. 1 recurso online (121 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP. Disponível em: https://hdl.handle.net/20.500.12733/11007. 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