Orientador: Antonio Cesar Germano Martins / Resumo: Nos últimos anos a energia solar fotovoltaica tem mostrado forte crescimento dentre as fontes renováveis em várias partes do mundo. O Brasil vem discutindo mais intensamente desde 2012 formas de incentivo para a inserção da energia solar fotovoltaica bem como a adequação do modelo centralizado e distribuído na matriz elétrica nacional. Para contribuir com esta discussão, neste trabalho foi realizado um levantamanto de informações a respeito destes dois modelos a partir de consultas à livros, artigos, periódicos, sites e reportagens. Os resultados dessas pesquisas foram agrupados e consolidados em gráficos, tabelas e quadros que permitiram a avaliação das perspectivas da energia solar fotovoltaica no Brasil, identificando os principais aspectos dos dois modelos de geração, levando-se em consideração suas características distintas e relacionadas à geração, distribuição e consumo salientando-se as vantagens e desvantagens segundo critérios ambientais, econômicos; sociais e técnicos. As análises dos materiais constituintes da pesquisa denotam que, no caso do Brasil, os dois modelos progridem de maneira complementar, porém necessitam de políticas governamentais mais eficazes para as suas implementações de forma ampla e significativa na matriz energética nacional. / Mestre

Orientadora: Patrícia Teixeira Leite / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia

Orientadora: Ahda Piorkoski Grilo Pavani / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-graduação em Energia.

Orientador: Marat Rafikov / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2011.

Orientador: Ricardo Caneloi dos Santos / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2013

Orientador: Claudionor Francisco do Nascimento / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2012

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:40:33Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo7637_1.pdf: 8527128 bytes, checksum: dfc7e6f1d3aae199c81a9b59ec8ab348 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2005 / Por falta de investimento em geração de energia no setor elétrico nacional, associado ao crescimento da demanda devido ao crescimento da economia brasileira, há uma previsão de um novo racionamento de energia elétrica a partir de 2007. Esta falta de investimento governamental e privado de grande porte torna imperativo que as empresas que não queiram sofrer cortes de produção devido à redução do fornecimento de energia elétrica invistam na geração de energia local. Uma das opções mais importantes para a geração descentralizada de energia é a utilização de grupos geradores utilizando motores de combustão interna. Por isso, é muito importante o conhecimento das condições operacionais de grupos geradores sob diferentes regimes e tipos de carga. Deste modo, este trabalho analisou o funcionamento de um grupo gerador de 30 kWe, visando atender o suprimento de energia elétrica para residências, condomínios e pequenos centros comerciais. O grupo gerador é constituído de um motor, que opera no ciclo Otto e utiliza gás natural como combustível; e um alternador de 37 kVA, sendo acondicionado numa cabine silenciadora. Foi estudada a performance deste grupo gerador operando com cargas elétricas em potências variadas e diferentes tipos de cargas (resistiva, indutiva e desbalanceada). Sob diferentes regimes operacionais foram efetuadas as seguintes atividades: caracterização térmica operacional; verificação da qualidade da energia gerada; verificação dos poluentes gerados e obtenção dos rendimentos térmico e elétrico do grupo gerador. Também foi realizada uma análise econômica baseada nas diferentes condições operacionais deste grupo, ou seja, nas diferentes situações de geração elétrica e finalidades da geração. A análise econômica indicou que o projeto de geração de energia elétrica utilizando grupo gerador pode ser inviabilizado caso opere em condições adversas, ou seja, em cargas parciais e baixo rendimento térmico. Portanto, o grupo gerador deve ser dimensionado para funcionar nas condições ótimas de operação, ou seja, com alto rendimento. Os resultados das análises mostraram as variáveis da operação do grupo em diferentes cargas elétricas, indicando que os gases de exaustão do motor variam em composição de acordo com a carga elétrica gerada. Também foi evidenciado que a carga elétrica gerada tem pouca influência no calor de resfriamento, permanecendo praticamente constante. Porém, a mesma tem grande influência no rendimento do grupo gerador, atingindo 29% de rendimento em carga máxima

A expansão de geração distribuída nos sistemas de distribuição e de subtransmissão de energia elétrica em todo o mundo tem sua origem na reestruturação do setor elétrico, na necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, nos avanços tecnológicos, nos incentivos governamentais e na maior conscientização sobre conservação ambiental. Com tal expansão, surge a necessidade de avaliar os impactos dessa forma de geração na operação das redes elétricas, principalmente das redes de distribuição, as quais foram inicialmente projetadas para operar considerando apenas a subestação de distribuição como fonte de energia. Entre esses impactos, um importante item a co0nsiderar é a detecção de ilhamento. Tal ocorrência é altamente indesejada pelas concessionárias distribuidoras de energia elétrica as quais estabelecem que os proprietários de geradores distribuídos devem instalar um sistema de proteção capaz de detectar ilhamentos. Dentre os métodos empregados para detecção de ilhamento os mais comuns para este propósito são os relés baseados em medidas de freqüência (relé de sub/sobrefreqüência, relé de taxa de variação de freqüência). Tais dispositivos são fortemente dependentes do desbalanço de potência ativa na rede ilhada e podem falhar caso esses desbalanços sejam pequenos. Ressalta-se que o comportamento variável da carga em sistemas de distribuição e a possibilidade de formação de diversas ilhas podem originar diferentes níveis de desbalanço de potência ativa e reativa. Conseqüentemente, pode haver vários cenários de operação em que os relés previamente citados falharão em detectar ilhamento. Neste contexto, esta dissertação de Mestrado propõe metodologias de proteção adaptativa anti-ilhamento aplicadas a relés baseados em medidas de freqüência, que visem a proteção do sistema elétrico e do gerador distribuído na maioria das condições de desbalanço de potência ativa e reativa que possam ocorrer na rede elétrica. Os geradores distribuídos a serem analisados são do tipo síncrono devido a sua grande utilização em pequenas centrais hidroelétricas e térmicas. São propostas duas metodologias: uma baseada em simulações dinâmicas e outra baseada em fórmulas analíticas. Os resultados obtidos foram satisfatórios para vários cenários de operação de um gerador distribuído conectado em uma rede de distribuição. Além disso, as vantagens e limitações de cada método são apresentadas e discutidas. / Distributed generation expansion worldwide has been caused by the de-regulamentation of the electricity sector, by the necessity to explore different energy resources, by technological advances, by government incentives and by environmental concerns associated with energy production. Such expansion brings the necessity to assess he impacts caused by distributed generators on the distribution systems, which were designed to operate considering the utility substation as the only power source. Among these impacts, on that deserves major attention is islanding detection. Utilities recommend that distributed generators\' owners provide efficient anti-islanding protection installed at the point of common coupling between the generator and the grid. Common anti-islanding protection schemes are composed by frequency-based relays (standard frequency relay and/or rate of change of frequency relay). These devices are strongly dependent on the active power imbalance in the islanded system and they can fail to detect an islanding condition if such power imbalance is small. Therefore, it is worth pointing that the variable power consumption of the distribution system\'s loads and the possibility of creating several energized islands can originate different power imbalance levels. Consequently, there may be various operating scenarios in which the frequency-based relays will fail to detect islanding. In this context, this work proposes adaptive methods to adjust frequency-based relays in order to provide effective anti-islanding protection considering different power imbalance levels. Synchronous generators are studied, since their wide application in distributed generation plants, such as small hydro and thermal power plants. Two methods are proposed: one is a simulation-based method and the other is based on analytical formulas. Both methods presented good results considering all the operating scenarios tested with a distributed generator connected to a distribution system. Furthermore, their advantages and limitations are presented and discussed.

Um dos principais problemas que podem ocorrer em sistemas de distribuição ou de subtransmissão de energia elétrica com geração distribuída (GD) é o ilhamento. O ilhamento ocorre quando um ou mais geradores distribuídos alimentam uma porção do sistema que se encontra eletricamente isolada do restante do sistema elétrico. Logo, geradores distribuídos têm de ser equipados com esquema de proteção anti-ilhamento, pois a operação ilhada pode colocar em risco a segurança das pessoas e equipamentos e pode deteriorar a qualidade da energia elétrica suprida aos consumidores locais. Este trabalho está inserido no contexto de proteção de sistemas elétricos de distribuição com GD e propõe uma nova técnica passiva-inteligente de proteção anti-ilhamento para geradores síncronos distribuídos. O método proposto utiliza a mineração de dados do Data Mining of Code Repositories (DAMICORE), o qual possui grandes potencialidades para descobrir correlações em dados complexos. Para realizar essa tarefa, três algoritmos são executados em sequência. São eles: o Normalized Compression Distance (NCD) para calcular a matriz de distância do conjunto de dados; o Neighbor-Joining (NJ) para construir as árvores filogenéticas; e por fim o Fast Newman (FN) para buscar grupos na árvore filogenética nos quais os dados apresentam alto grau de independência. O método de detecção de ilhamento nesta dissertação utiliza 10 características importantes dos sinais de tensão e corrente trifásicas no ponto de acoplamento comum (PAC). Essas 10 características são utilizadas como entrada ao DAMICORE para formular um algoritmo baseado em mineração de dados capaz de detectar ilhamento e de diferenciá-los de outros tipos de distúrbios. Os resultados mostram que o método identifica o ilhamento corretamente, detectando-o rapidamente, especialmente nos casos em que a detecção do ilhamento por relés baseados em medidas de frequência falha ou é lenta. / One of the main issues that can occur into distribution power systems with distributed generation is islanding. Islanding occurs when one or more distributed generators feed a portion of the distribution system that becomes electrically isolated from the rest of the power system. Thus, distributed generators have to be equipped with anti-islanding protection schemes, because the islanded operation may put at risk the safety of people and the equipment. It can also deteriorate the power quality supplied to local consumers. This work is in the context of the protection schemes for distribution power systems with distributed generation and it proposes a new intelligent passive anti-islanding protection scheme for distributed synchronous generators. The scheme is based on the Data Mining of Code Repositories (DAMICORE), which finds the similarity within complex data sets. This task is performed by computing the following algorithms, in sequence: the Normalized Compression Distance (NCD) to calculate a distance matrix among the data sets; the Neighbor-Joining (NJ) to build the phylogenetic trees; and the Fast Newman (FN) to find clusters with high degree of independence by using the phylogenetic trees. The proposed method comprises the extraction of 10 important features of the three-phase voltages and currents measured at the point of common coupling of the distributed generator. These 10 features are then used as input to the DAMICORE in order to formulate a data mining-based algorithm capable of detecting islanding and of distinguishing it from other disturbances. The results show that the method identifies the islanding correctly, detecting it quickly, especially where the detection of islanding by frequency-based relays are slow.

Com o advento da geração distribuída, a operação do sistema de distribuição tem se modificado. Características dinâmicas que antes eram observadas somente no sistema de transmissão agora também podem estar presentes em sistemas de distribuição, como por exemplo, problemas relacionados às oscilações eletromecânicas. Devido à perspectiva de crescimento de conexões de geradores eólicos, fica evidente a possibilidade do aumento na produção de energia elétrica através de geradores assíncronos distribuídos. No sistema de distribuição estão presentes vários tipos de cargas, sendo uma das mais representativas, as cargas do tipo motor de indução. Este tipo de carga, na ocorrência de curto-circuitos no sistema pode provocar atraso na recuperação da tensão do sistema, conhecido como problema Fault Induced Delayed Voltage Recovery (FIDVR). Depois que a falta é eliminada, a tensão pode permanecer em níveis significativamente reduzidos durante vários segundos. Esse atraso de tempo é geralmente causado pela alta concentração de motores de indução. Portanto, torna-se necessária a realização de estudos para analisar os impactos que esse tipo de fonte de energia pode trazer para o sistema elétrico bem como o impacto das cargas sobre o gerador eólico. Assim, este trabalho faz uma análise da influência de cargas do tipo motor de indução sobre o comportamento dinâmico de um DFIG conectado a um sistema de distribuição. Um gerador síncrono convencional também foi utilizado para fazer uma comparação com o DFIG. Como os dois geradores estão atuando com regulação de tensão, seria intuitivo pensar que as respostas dos dois na presença de cargas do tipo motor de indução, fossem semelhantes. No entanto, este trabalho mostra que diante do mesmo cenário, as máquinas têm comportamentos diversos e a reação é diferente dependendo do tipo de carga conectada ao sistema. Foi verificado que, quando existe o problema FIDVR devido à presença de cargas do tipo motor de indução, as oscilações na velocidade do DFIG são amplificadas. Já para o gerador síncrono, a carga do tipo motor de indução possui pouca influência nas oscilações eletromecânicas. / With the advent of distributed generation, the operation of the distribution system has been modified. Dynamic characteristics that were previously observed only in the transmission system can now also be present in distribution systems, such as problems related to electromechanical oscillations. Due to growth prospects of wind generator connections, it is evident the possibility of increasing the production of electricity through asynchronous distributed generators. In the distribution system several types of loads are present, being one of the most representative the loads of type induction motor. This type of load, the occurrence of short-circuits in the system can cause delay in the recovery of the system voltage, known as Fault Induced Delayed Voltage Recovery (FIDVR) problem. After the fault is eliminated, the voltage can remain at significantly reduced levels for several seconds. This time delay is usually caused by the high concentration of induction motors. So, it is necessary to perform studies to analyze the impacts that this type of energy source can bring to the electrical system as well as the impact of the loads on the wind generator. Thus, this thesis makes an analysis of the influence of induction motor loads on the dynamic behavior of a DFIG connected to a distribution system. A conventional synchronous generator was also used to make a comparison with the DFIG. As the two generators are working with voltage regulation, it would be intuitive to think that the responses of the two in the presence of induction motor loads would be similar. However, this thesis shows that in the same scenario, the machines have different behaviors and the reaction is different according to the type of load connected to the system. It was verified that when there is the FIDVR problem due to the presence of the induction motor, the oscillations in the speed of the DFIG are amplified. For the synchronous generator, the induction motor has little influence on the electromechanical oscillations.