Estudo Da Formação De Minirrede Com Penetração De Energia Solar No Complexo Do Maracanã

ESTUDO DA FORMAÇÃO DE MINIRREDE COM PENETRAÇÃO DE ENERGIA SOLAR NO COMPLEXO DO MARACANÃ Allan Vinícius de Sousa Andrade Projeto de Graduação apresentado ao Corpo Docente do Departamento de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica da Universidade Federal do Rio de Janeiro, como parte dos requisitos necessários à obtenção do título de Engenheiro Eletricista. Orientador: Robson Francisco da Silva Dias Rio de Janeiro Setembro de 2016 ESTUDO DA FORMAÇÃO DE MINIRREDE COM PENETRAÇÃO DE ENERGIA SOLAR NO COMPLEXO DO MARACANÃ Allan Vinícius de Sousa Andrade PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO ELETRICISTA. Examinado por: _________________________________ Prof. Robson Francisco da Silva Dias, D.Sc. _________________________________ Prof. Walter Issamu Suemitsu, Dr.-Ing. _________________________________ Eng. José Rafael Batista Lebre Ferreira, M.Sc. RIO DE JANEIRO, RJ – BRASIL SETEMBRO DE 2016 Andrade, Allan Vinícius de Sousa Estudo da Formação de Minirrede com Penetração de Energia Solar no Complexo do Maracanã / Allan Vinícius de Sousa Andrade. – Rio de Janeiro: UFRJ / Escola Politécnica, 2016. xi, 86 p.: il.; 29,7 cm. Orientador: Robson Francisco da Silva Dias Projeto de Graduação – UFRJ / Escola Politécnica / Departamento de Engenharia Elétrica, 2016. Referências Bibliográficas: p. 82-83. 1. Maracanã. 2. Energia Solar. 3. Rede Elétrica Inteligente. 4. Geração distribuída. I. Dias, Robson Francisco da Silva. II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola Politécnica, Departamento de Engenharia Elétrica. III. Estudo da Formação de Minirrede com Penetração de Energia Solar no Complexo do Maracanã. iii Agradecimentos Primeiramente agradeço a Deus por ter me concedido saúde, paz, vida ao longo desses anos, e Ele continua a me conceder. Me deu condições de chegar até onde cheguei. Ao longo desses anos tem me guardado dos males nas minhas idas e vindas da universidade. E Ele nunca permitiu que nada me faltasse, sempre suprindo todas as minhas necessidades e desejos. Toda honra e glória seja dada em Seu nome. Agradeço também aos meus pais Milton Bastos de Andrade Junior e Magali de Sousa Andrade que de tudo fizeram para eu estar hoje onde estou. Se cheguei até aqui, foi pelo esforço e dedicação de meu pai e minha mãe. Desde o meu nascimento, sempre planejando toda a minha trajetória estudantil, me colocando nos melhores colégios e cursos que permitiram chegar até a UFRJ. E a minha irmã pela paciência e carinho que ela tem comigo. Agradeço ao professor Robson Dias, meu orientador, pela paciência, ajuda e tempo dedicado para que eu pudesse concluir esse trabalho. E ao José Rafael Lebre que me ajudou com a modelagem do sistema presente nesse trabalho. Agradeço também a todos os professores que tive contato em minha trajetória acadêmica, e que foram responsáveis pelo meu amadurecimento profissional. Agradeço também a todos que direta ou indiretamente me ajudaram nessa trajetória, seja dentro ou fora da UFRJ, me auxiliando no entendimento das disciplinas e nos trabalhos. iv Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/UFRJ como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista ESTUDO DA FORMAÇÃO DE MINIRREDE COM PENETRAÇÃO DE ENERGIA SOLAR NO COMPLEXO DO MARACANÃ Allan Vinícius de Sousa Andrade Setembro /2016 Orientador: Robson Francisco da Silva Dias Departamento: Engenharia Elétrica O presente trabalho consiste em um estudo por meio de simulação computacional, da inserção da geração solar no complexo do estádio do Maracanã, oriundo das obras de modernização necessárias para a Copa do Mundo de 2014. A geração solar, para esse estudo, injeta a energia que não é consumida pelo complexo, na rede da concessionária. E em possíveis situações de contingências, mantém a continuidade no fornecimento de energia a cargas prioritárias na região, se baseando no conceito de uma minirrede, e através de um sistema elétrico inteligente. E através dessa medida, garantir uma energia de qualidade para região. v Sumário Agradecimentos iv Sumário vi Lista de Figuras viii Lista de Tabelas xi Introdução 1 Projeto Copa 1 Geração Fotovoltaica no Maracanã 2 Identificação do problema e objetivo 5 Estrutura do texto 6 Geração distribuída, minirrede e rede elétrica inteligente 8 Geração Distribuída 8 Minirrede 10 Rede elétrica inteligente 14 Conversor de Potência 15 Lógica do controle 16 Transformadas 17 3.2.1 Transformada de Clarke 17 3.2.2 Transformada de Park 18 Teoria das potências instantâneas 20 PWM 21 Modos de controle do conversor 22 3.5.1 Modo conectado 22 3.5.2 Modo ilhado 22 Modelagem do sistema 24 Sistema de Subtransmissão 24 Alimentador do Maracanã 28 Barramento de 13,8 kV do Maracanã 30 vi Geração solar 32 Conversor de potência 34 Gerador a Diesel 38 Minirrede 40 Resultados 43 Simulação 1 43 5.1.1 O conversor 43 5.1.2 O painel solar 46 5.1.3 Medição de harmônicos na rede 47 Simulação 2 49 5.2.1 O conversor 49 5.2.2 O painel solar 52 5.2.3 Atendimento de cargas prioritárias (“Recortes”) 54 5.2.4 Medição de harmônicos na rede 59 5.2.5 Operação em desbalanço 62 Simulação 3 64 5.3.1 O conversor e gerador 64 5.3.2 O painel solar 68 5.3.3 Atendimento de cargas prioritárias (“Recortes”) 69 5.3.4 Medição de harmônicos na rede 74 Validação dos resultados 77 5.4.1 Análise dos limites de tensão 77 5.4.2 Análise harmônica 78 5.4.3 Conclusões parciais 80 Conclusão 81 Referências 82 Obras consultadas 83 vii Lista de Figuras Figura 1.1 - Vista superior do Estádio do Maracanã com o painel solar na cobertura ................................................................................................................ 2 Figura 1.2 - Nova área útil para a energia fotovoltaica .......................................... 3 Figura 1.3 - Área total para a energia fotovoltaica no complexo do Maracanã ..... 4 Figura 2.1 - Diagrama unifilar do barramento do Maracanã ................................ 9 Figura 2.2 - Minirrede do Maracanã ..................................................................... 11 Figura 2.3 - Esquema do modo 1 de operação ..................................................... 12 Figura 2.4 - Esquema do modo 2 de operação .................................................... 12 Figura 2.5 - Esquema do modo 3 de operação ..................................................... 13 Figura 2.6 - Esquema do modo 4 de operação .................................................... 13 Figura 3.1 - Topologia típica de um VSC para geração fotovoltaica .................... 15 Figura 3.2 – Blocos de controle ........................................................................... 16 Figura 3.3 - Transformada de Clarke ................................................................... 17 Figura 3.4 - Transformada de Park ...................................................................... 18 Figura 3.5 - Diagrama do PWM ........................................................................... 21 Figura 3.6 - Segundo modo de controle do conversor. ........................................ 23 Figura 4.1 - Diagrama unifilar desde a Subestação Grajaú até o Maracanã. ...... 25 Figura 4.2 - Diagrama unifilar desde a Subestação São José até o Maracanã. ... 26 Figura 4.3 - Sistema de Subtransmissão modelado no PSCAD. ......................... 27 Figura 4.4 - Diagrama unifilar do sistema Maracanã: alimentação principal e reserva. ................................................................................................................. 28 Figura 4.5 - Alimentadores do Estádio modelados no PSCAD. .......................... 29 Figura 4.6 - Modelagem dos cabos alimentadores subterrâneos do estádio no PSCAD .................................................................................................................. 30 Figura 4.7 - Modelagem do barramento de 13,8 kV do Maracanã no PSCAD .... 31 Figura 4.8 – Modelagem da geração solar no PSCAD ......................................... 32 Figura 4.9 - Arranjo painel solar. ......................................................................... 33 Figura 4.10 - Modelagem do VSC no PSCAD ....................................................... 34 Figura 4.12 – Controle para o modo conectado do chaveamento modelado no PSCAD .................................................................................................................. 35 Figura 4.11 – Blocos de controle .......................................................................... 35 Figura 4.13 - Operação do PWM .......................................................................... 37 Figura 4.14 - Operação para a transformada de Park (ABC p/ dq) ..................... 37 Figura 4.15 - Modelagem do PLL e conversões para PU ..................................... 37 Figura 4.16 - Controle para o modo ilhado do chaveamento modelado no PSCAD .............................................................................................................................. 38 Figura 4.17 - Modelagem do gerador a diesel no PSCAD .................................... 39 Figura 4.18 - Modelagem da minirede de Aldeia Campista no PSCAD .............. 41 Figura 4.19 - Modelagem da minirede de Campo Marte no PSCAD ................... 42 viii Figura 5.1 - Gráfico da potência ativa injetada pelo conversor na simulação 1. 44 Figura 5.2 - Gráfico da potência reativa injetada pelo conversor na simulação 1. .............................................................................................................................

Load more