Orientador: Ennio Peres da Silva / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-27T02:08:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Castro_RodolfoDamasiode_M.pdf: 3152478 bytes, checksum: a4e0e80e4ac1f8804a7b3aa8589139b4 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A busca por meios de geração de energia para atender às necessidades humanas com menores impactos sociais e ambientais é constante. A geração de energia elétrica por meio de fontes renováveis na forma distribuída, ou não centralizada, é um meio ou método de minimizar tais impactos. O objetivo da pesquisa foi analisar a viabilidade econômica, frente a tarifa de energia elétrica das concessionárias locais, da utilização de sistemas de geração solar em residências brasileiras situadas nas capitais dos estados, na capital federal, Brasília e na cidade de Campinas (SP). Diferentes situações de dimensionamento foram utilizadas para dois tipos de sistemas: um sistema fotovoltaico puro, para atender toda a necessidade energética da residência, incluindo o chuveiro elétrico, e um sistema solar híbrido, composto por aquecimento solar para atender a demanda por água quente no banho em conjunto com geração fotovoltaica para atender as necessidades em equipamentos elétricos. As situações de dimensionamento utilizadas foram três, onde em cada uma o sistema fotovoltaico foi projetado para uma determinada produção de energia. Os sistemas fotovoltaico e de aquecimento solar foram dimensionados com o auxílio dos softwares PVSyst e Dimensol, respectivamente. O custo total dos sistemas foi estimado a partir de pesquisa em lojas com endereço eletrônico na rede de computadores e de orçamentos fornecidos por empresas do ramo. Determinou-se o preço final da energia elétrica convencional para todas as cidades a partir da tarifa definida pela ANEEL, do valor médio do PIS efetivo cobrado pelas concessionárias e da alíquota de ICMS que os governos estaduais recolhem. Após realizados os cálculos, chegou-se ao resultado de que somente nas cidades de Macapá (AP) e Boa Vista (RR), devido principalmente ao baixo custo das tarifas de energia elétrica, o usuário não economizaria com a instalação dos sistemas. Porém, em cidades de elevada tarifa, como Belém (PA) e Belo Horizonte (MG), o usuário pagaria cerca de R$ 0,30 por quilowatt hora consumido a menos / Abstract: The search for power generation means to meet human needs with lower social and environmental impacts is constant. The distributed generation of electricity by renewable energies is a method to minimize those impacts. The research aimed to analyze the economic viability against local electricity tariff of the use of solar power generation systems in Brazilian households located in the capitals of the states, in the federal capital, Brasilia, and in the city of Campinas (SP) Different sizing situations were used for two types of systems: a pure PV system to meet all the energy needs of the residence, including electric shower, and a hybrid solar system, consisting of solar heating to meet the demand for hot water in the bath together with photovoltaic generation to meet the needs in electrical equipment. Sizing situations used were three, where in each one the PV system is designed for a certain production of energy. The photovoltaic systems and solar heating were sized with the help of the softwares PVSyst and Dimensol, respectively. The total cost of the systems was estimated by a research in webstores and budgets provided by companies in the field. Was determined the final price of conventional electricity to all cities from the tariff set by ANEEL, the average value of the effective PIS charged by concessionaires and ICMS aliquot that state governments collect. After performing the calculations, came to the result that only the cities of Macapa (AP) and Boa Vista (RR), mainly due to the low cost of electricity tariffs, the user does not save due to the installation of the systems. However, in cities of high tariff, as Belém (PA) and Belo Horizonte (MG), the user would save about R$ 0.30 per quilowatt-hour / Mestrado / Planejamento de Sistemas Energeticos / Mestre em Planejamento de Sistemas Energéticos

Submitted by Miriam Lucas (miriam.lucas@unioeste.br) on 2017-09-04T13:07:47Z No. of bitstreams: 2 Marcos_Tragueta_2017.pdf: 1953593 bytes, checksum: c89f1ba57bb6b1ba944410013aebbde7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-04T13:07:47Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Marcos_Tragueta_2017.pdf: 1953593 bytes, checksum: c89f1ba57bb6b1ba944410013aebbde7 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-05-05 / The insertion of distributed power sources of low power presents new challenges in the planning and operation of distribution systems. The coordination of the protection system is a challenge which modifies as the insertion of the distributed generation grows at any point in any system. In order to verify how the coordination is altered different indicators have been proposed in literature, seeking to express numerically the effect of this insertion on the pair of relays of a coordinated protection system. The Protection Coordination Index (PCI) and the Protection Miscoordination Index (PMI) are shown as valid indicators for this analysis. The purpose of this paper is to apply these quantifiers in the protection schemes of distribution lines of radial and grid systems that use Inverse Time Overcurrent Relays. By applying these indicators, it will be possible to judge if they will provide enough information to analyze the impact of GD insertion in the SDEE, otherwise, identify if there will be limitations which can be remedied by proposing new indicators. The new indicators proposed in this paper seek to cover the limitations observed, without necessarily using the same information. To achieve this goal, distributed generators will be connected at different points in the network, and its generation capacity will be changed in an increasing way; where for each insertion value and at each point of the system, the Coordination Time Intervals (CTI) between consecutive pairs of relays will be verified, and from these values, the quantitative indicators of the impact of the GD will be calculated. For this, a distribution grid system was modeled with a purpose of obtain the required quantities in the scaling of CT1s and relays, thus obtaining a selective coordinate operation, where for each primary relay there will be an extra relay, forming a protective pair. Next two protective systems were adjusted: one considering one-way relays and another, twoway relays. Finally, for the protection systems dimensioned and coordinated, the indexes found in the literature and the proposed indexes were calculated and compared to the same pair of relays, considering the same GD insertion value at different points of the system. Every indicator were valid to the quantification of the GD insertion impact in the protection schemes applied to SDEE, where IDP indicates a percentage of faults that will cause miscoordination, IDPP indicates the percentage of pairs of relays that will be miscoordinate for each fault, ICP shows wether the ITC variation will occur slowly or rapidly, where the faster variation will result in miscoordination rather than the slower one and ITC (%) imposes a restriction on ITC reduction indicating whether the insertion value will miscoordinate the pairs of relays analyzed through numerical values. / A inserção de fontes de energia distribuídas de baixa potência apresenta novos retos no planejamento e operação de sistemas de distribuição. Um reto é a coordenação do sistema de proteção que se altera a medida que a inserção de Geração Distribuída (GD) cresce em qualquer ponto de qualquer sistema. Para verificar como a coordenação é alterada, tem sido proposto, na literatura, diferentes indicadores que visam expressar numericamente qual é o efeito desta inserção nos pares de relés de um sistema de proteção coordenado. O Protection Coordination Index (PCI) e o Protection Miscoordination Index (PMI), se mostram como indicativos válidos para esta análise. O objetivo deste trabalho é aplicar estes quantificadores nos esquemas de proteção de linhas de distribuição de sistemas radiais e malhados que utilizem Relés de Sobrecorrente Direcionais de Tempo Inverso. Pela aplicação destes indicadores foi possível julgar se as informações obtidas são suficientes para a análise do impacto da inserção de GD nos SDEE, identificando o surgimento de limitações, sanadas pela proposição de novos indicadores. Para alcançar este objetivo, geradores distribuídos foram conectados em diferentes pontos da rede, e sua capacidade de geração foi alterada de forma crescente; onde para cada valor de inserção e em cada ponto do sistema, foram verificados os Intervalos de Tempo de Coordenação (ITC) entre pares de relés consecutivos, e a partir destes valores, os indicadores quantitativos do impacto da inserção de GD, calculados. Para isso, foi modelado um sistema de distribuição malhado, visando a obtenção das grandezas requeridas no dimensionamento dos TC's e relés, obtendo assim uma operação coordenada seletiva, onde para cada relé primário há pelo menos um de retaguarda, formando pares protetores. Em seguida dois sistemas de proteção foram ajustados: um considerando relés unidirecionais e outro, relés bidirecionais. Finalmente, para os sistemas de proteção dimensionados e coordenados, os índices encontrados na literatura e os índices propostos foram calculados e comparados para um mesmo par de relés, considerando um mesmo valor de inserção de GD em diferentes pontos do sistema. Todos os indicadores se mostraram válidos para a quantificação do impacto da inserção de GD nos esquemas de proteção aplicados a SDEE, onde IDP indica a porcentagem de faltas que irá ocasionar descoordenação, IDPP indica a porcentagem de pares de relés que irá se descoordenar para cada falta, ICP mostra se a variação de ITC ocorrerá de forma lenta ou rápida, onde a variação mais veloz resultará antes em descoordenação em relação à mais lenta e ITC (%) impõe uma restrição à redução de ITC indicando se o valor de inserção irá descoordenar os pares de relés analisados, através de valores numéricos.

Neste trabalho foram selecionadas, estabelecidas e estimadas possíveis fontes de produção de hidrogênio para a geração de energia elétrica de forma distribuída, com a utilização de célula a combustível. Estudaram-se três fontes de geração de energia renovável no Brasil: a biomassa, a energia solar fotovoltaica e a energia eólica. Para o estabelecimento dos valores numéricos foram avaliadas as principais culturas agrícolas de cada estado pertencente à respectiva região e a quantidade de biomassa, na forma de rejeito agrícola, capaz de ser gerada para futura utilização na produção de hidrogênio. Da mesma maneira foi investigada e avaliada numericamente a capacidade de produção de hidrogênio através das energias eólica e solar fotovoltaica para cada região do Brasil, tomando-se como base o processo de eletrólise. Mediante os resultados obtidos é possível demonstrar as potencialidades do Brasil para a geração de energia elétrica de maneira distribuída e com a substituição de combustíveis fósseis e por conseqüência, com a melhoria do meio ambiente. / In this work they had been selected, established and possible estimates sources of hydrogen production for the generation of electric energy of distributed form, with the fuel cell use. They had been studied being overcome three sources of generation of renewable energy in Brazil: the biomass, the photo-voltaic and wind resources energies. For the establishment of the numerical values the main agricultural cultures of each pertaining state to the respective and region the amount of biomass had been evaluated, in the form of reject agriculturist, capable to be generated for future use in the hydrogen production. In the same way it was investigated and evaluated numerically the capacity of hydrogen production through the energies, wind resources and photo-voltaic for each region of Brazil, being overcome as base the electrolysis process. By means of the gotten results it is possible to demonstrate the potentialities of Brazil for the generation of electric energy in distributed way and with the fossil fuel substitution, and, for consequence with the improvement it environment.

O ilhamento intencional quando desenvolvido em modo seguro pode ser considerado uma solução viável à promoção da confiabilidade das redes elétricas na presença de geradores distribuídos. Diante disso, esta tese de doutorado propõe metodologias que definem os ajustes das proteções do ponto de acoplamento comum e do gerador para viabilizar tecnicamente o ilhamento intencional, permitindo também avaliar a probabilidade de sucesso deste quando não planejado por um período de operação da rede. As metodologias propostas consideram os relés de deslocamento de fase ou \"salto de vetor\", relés de taxa de variação de frequência e os relés de sub/sobrefrequência convencionais. Estas metodologias baseiam-se na associação direta do tempo de detecção do ilhamento e do tempo de restrição. Estes tempos são oriundos da capacidade de detecção de ilhamento do relé baseado em medidas de frequência do ponto de acoplamento comum e da proteção do gerador. Os resultados foram consistentes e além de determinar a viabilidade técnica do ilhamento intencional de geradores distribuídos, permitiram avaliar a probabilidade de sucesso do ilhamento intencional. Adicionalmente, as metodologias permitiram definir quando possível os ajustes das proteções mais adequados à operação segura da ilha. / The intentional islanding when perfomed in a safe way can be considered a viable solution to the promotion of the reliability of the electrical networks in the presence of distributed generators. In this context, this doctoral thesis proposes methodologies that define the adjustments of the protections of the point of common coupling and the generator to technically enable the intentional islanding and allow to evaluate the probability of successful islanded operation. The proposed methodologies consider the vector surge or \"vector jump relays\", the rate of change of frequency and conventional under/overfrequency relays for islanding detection purposes, and the under/overfrequency relays to protect the generator. These methodologies are based on the direct association of the islanding detection time and the restriction time, and on their relation with the active power imbalance of the island. The detection and restriction times are derived from the islanding detection capability of the previous-mentioned relays, and from the generator protection, respectivelly. The results showed that the methodologies were able to identify favourable conditions for a successful islanded operation, and allowed assessing its probability of occurrence given different conditions of load and generation power imbalance. Additionally, the methodologies allowed to define, when possible, the adjustments of the most adequate protections for the isolated operation of the microgrid.

O presente trabalho visa o desenvolvimento de metodologias para a conexão de sistemas de Geração Distribuída (GD) em redes de distribuição utilizando conversores CC-CA como também, a produção de energia elétrica dentro dos padrões estabelecidos por normas nacionais e internacionais. Para a produção de energia com índices de qualidade satisfatórios, duas situações vão ser consideradas: uma quando o sistema está conectado à rede e outra quando a rede está indisponível. Após a ocorrência do ilhamento, é necessária a mudança da variável a ser sintetizada pelo conversor CC-CA, ou seja, antes da contingência ocorrer a GD está sendo gerenciada no modo potência e/ou corrente e após passa a ser controlada no modo tensão. Além disso, espera-se que os resultados obtidos forneçam subsídios às concessionárias de energia elétrica e aos produtores e autoprodutores de energia para a conexão sistemas de geração distribuída em redes de distribuição como também, os procedimentos necessários a serem adotados por eles quando o sistema de distribuição estiver sob contingência (ilhamento). / This work proposes a set of analysis to connecting a distributed generation system to a distribution network using a three-phase power converter (DC-AC) as well as, the power generation produced by the DG (Distributed Generation) system must follow the national and international power quality standards. For producing energy with satisfactory power quality indexes, two situations will be considered: when the power converter operates connected to the grid, the power/current is used as control variable. However, if the power converter is operating in stand-alone mode (contingency or islanding mode) the control variable must be changed to voltage and the terminal voltage of the power converter must be controlled. Finally, the main concerning of the present study is to obtain results to the electrical energy companies and self-producers for connecting DG system to the grid as well as, the essential procedures that must be adopted by them when the distribution system is operating in contingency or islanding mode.

Nos últimos anos, fatores como a reestruturação do setor de energia elétrica, a necessidade de aproveitamento de diferentes fontes primárias de energia, dificuldades na construção de grandes unidades geradoras e linhas de transmissão causadas por normas de proteção ambiental têm provocado o aumento considerável do interesse por geração distribuída. O conceito de geração distribuída tornou-se muito interessante, entretanto, sua aplicação pode provocar problemas de qualidade de energia elétrica, caso sua influência não seja devidamente estudada. Neste contexto, este documento caracteriza as variações de tensão causadas pela atuação da proteção anti-ilhamento de geradores síncronos distribuídos. Este problema pode ser considerado uma nova abordagem sobre os impactos dos geradores distribuídos na qualidade da energia elétrica, visto que as causas das variações de tensão são tipicamente relacionadas às tomadas ou alívios de grandes blocos carga, partidas de motores de indução, curtos-circuitos, desligamentos de linhas etc. Para estudar o problema, inicialmente foi feito um estudo sobre normatização técnica da área com um apanhado dos guias de diversas concessionárias. Posteriormente, simulações computacionais utilizando o programa SimPowerSystems e um sistema teste foram utilizados para que análises estáticas e dinâmicas do problema fossem feitas no intuito de investigar a natureza das variações de tensão e os fatores que influenciam suas magnitudes e durações. Índices para avaliar as variações de tensão foram criados, e um método para obtenção dos mesmos foi proposto. Tal método utiliza apenas ferramentas de análise estática (fluxo de carga) para a obtenção dos índices, evitando o uso de ferramentas dinâmicas (domínio do tempo) reduzindo o custo computacional e financeiro para análise do problema. Em seguida, o mesmo foi aplicado a um sistema que simula uma rede de distribuição real propondo-se a inserção de bancos de capacitores como medida mitigatória para o problema estudado neste trabalho. / In recent years, factors such as the restructuring of the electricity sector, the necessity to use different primary energy sources as a way to diversify sources of energy, barriers in the construction of large generating units and transmission lines caused by environmental protection standards, as well as technological advances in the generation of electricity, have caused a considerable increase in the interest for distributed generation. The concept of distributed generation has become very interesting; however, its application can result in poor power quality, if its influence is not well studied. In this context, this document characterizes voltage variations caused by the action of anti-islanding protection of distributed synchronous generators. This problem can be considered a new approach on the impact of distributed generators in power quality, since the cause of voltage variations are typically related load switching, induction motors start-up, short circuits, lines disconnection, etc. To investigate the problem, initially a study was carried out on technical standardization in the area with an overview of various utilities guides. Later, computer simulations using the SimPowerSystems software and a test system were employed for static and dynamic analysis of the problem, aiming at investigating the nature of voltage variations and the main factors that influence their magnitudes and durations. Indices to assess the voltage variations were created, and a method for obtaining them was proposed. This method uses only static approach tools (power flow calculations) to obtain the indices, avoiding the use of dynamic tools (time-domain simulations) and reducing computational and financial costs to analyses the problem. The proposed method was applied to a larger system and the insertion of capacitors bank was proposed as mitigating solution for the problem studied in this work.

Os geradores distribuídos em sistemas de distribuição de energia elétrica devem ser desconectados em eventos de ilhamento, que ocorrem quando parte da rede elétrica torna-se eletricamente isolada da concessionária e o subsistema isolado continua a ser energizado pela geração distribuída. A proteção anti-ilhamento deve detectar tal condição operativa, porém pode não atuar em condições de pequenos desbalanços entre carga e geração, ou atuar incorretamente para eventos de outra natureza. Assim, um ajuste adequado dessa proteção deve desconectar o gerador rapidamente quando detecta o ilhamento e, simultaneamente, deve ser imune a eventos como curtos-circuitos e chaveamentos de carga, por exemplo. Esta pode ser uma tarefa muito difícil face às variações de carga e diferentes eventos de não ilhamento que podem ocorrer no sistema de distribuição. Portanto, nesta tese são propostas metodologias de ajuste das funções de proteção anti-ilhamento de sub/sobrefrequência, taxa de variação de frequência, salto de vetor e sub/sobretensão, que são técnicas convencionalmente utilizadas para a detecção de ilhamento de geração distribuída. O objetivo das metodologias é maximizar a detecção de ilhamento e minimizar a atuação incorreta, e são considerados cenários com múltiplos geradores distribuídos de diferentes tecnologias. Inicialmente, são explorados os principais fatores que afetam as proteções, tais como distribuição das cargas, fator de potência e desequilíbrio das cargas. Esta análise permite identificar os casos mais difíceis de detecção de ilhamento. Como segunda contribuição, foi proposta a metodologia de análise gráfica denominada Mapa de Ajustes, cuja eficácia foi comprovada por meio de casos de teste, mostrando ser capaz de melhorar a sensibilidade da proteção anti-ilhamento e minimizar atuação incorreta. Na sequência, é apresentado um método automático para ajuste e bloqueio de tensão e outro baseado em proteção adaptativa para ajuste das funções de proteção. Ambos são baseados na metodologia de mapa de ajustes. Os resultados indicam que é possível melhorar a detecção de ilhamento e diminuir a atuação incorreta quando utilizadas as metodologias propostas. / Distributed generators in power distribution systems must be disconnected after an islanding event, which occurs when part of the power grid becomes electrically isolated from the utility and the isolated subsystem continues to be energized by the distributed generation. The antiislanding protection has to detect such operating condition, which may fail for critical loading conditions, or operate incorrectly for events of other nature than islanding. Therefore, an appropriate protection setting should quickly disconnect the generator when an islanding event is detected, and simultaneously, must be immune to events such as short circuits and load switches. This can be a very difficult task due to load variations and different nonislanding events that may occur in the distribution system. Therefore, in this thesis is proposed methodologies to adjust the anti-islanding protection functions of under/overfrequency, rate of change of frequency, vector surge and under/overvoltage, which are techniques conventionally used for islanding detection of distributed generation. The methodologies goals are to maximize the performance of the anti-islanding protection and minimize the incorrect operation to events of other nature, and scenarios with multiple distributed generators of different technologies are considered. At first, the main factors that affect the frequency and voltage-based protection will be explored, such as load distribution, power factor and unbalanced loads. This analysis aims to identify the most critical cases of islanding detection. The second contribution of this thesis is the Setting Map methodology, which is a graphical analysis whose effectiveness has been proved by case studies, showing to be able to improve the sensitivity of anti-islanding protection, minimizing the chances of incorrect operation. In sequence, is presented an automatic method to adjust the protection functions and voltage blocking and other based on adaptive protection. Both methods are based on the Setting Map methodology. The results indicate that it is possible to improve the islanding detection and reduce the incorrect actuation when it is used the proposed methodologies.

Esta dissertação aborda aspectos gerais relativos à utilização de um conversor CC-CC que opera conectado à rede de distribuição e que emprega como fonte primária células a combustível. Neste trabalho, a modelagem matemática em espaços de estados (pequenos sinais e média) dos conversores Boost e Boost Interleaved com Multiplicador de Tensão (IBVM), assim como as arquiteturas de controle utilizadas em modo tensão, corrente média e corrente de pico são comparadas para determinar qual delas apresenta melhor desempenho. Devido ao fato das células a combustível apresentarem tensão terminal baixa e corrente terminal elevada, há a necessidade de utilizar conversores eletrônicos com alto ganho para equalizar a tensão produzida pela fonte com o nível de tensão presente na rede de distribuição. Tendo isso em vista, este trabalho mostra uma análise do ganho estático de tensão do conversor Boost e IBVM considerando os efeitos das resistências parasitas dos componentes utilizados e da carga conectada nos terminais de saída do conversor. Como resultado da modelagem matemática do ganho, é mostrado um conjunto de equações que definem o valor mínimo de resistência do semicondutor de potência, indutor, capacitor do multiplicador de tensão e a máxima carga que os conversores Boost e Boost Interleaved com Multiplicador de Tensão podem suprir. Por fim, os resultados experimentais são apresentados com o intuito de validar os resultados teóricos e de simulação obtidos. / This thesis addresses general aspects concerning the application of DC-DC converters applied to a grid connected Fuel Cell system. It is discussed in this thesis the averaged and small signals space state modeling of the Boost and Interleaved Boost with Voltage Multiplier (IBVM) converter, it is also mentioned the control architectures in voltage mode, average current mode and peak current mode. The voltage and average current mode control architectures are simulated and implemented in hardware in order to be compared. Due to the fact that Fuel Cells present low terminal voltage and high current, it is needed to use high gain DC-DC converters with the aim connect the system to the grid. This thesis also presents an approach in the analysis of DC-DC converter static voltage gain considering the effect of the parasitic resistances and the load connected to the converter terminals. As a result of the gain analysis, it is presented a set of equation, from which is possible to determine the maximum value of the parasitic resistances for the switch, inductor and capacitor of the voltage multiplier. It is also calculated the maximum value of load connected to the Boost and Interleaved Boost with Voltage Multiplier converters with the aim to present the designed voltage gain. Additionally, by the maximum load value calculated it is possible to determine the maximum power that the converter will be capable to process, considering a specific point of operation. Finally, the designed DC-DC converter is implemented with the aim to validate the theoretical and simulation results.

Este trabalho caracteriza a Geração Distribuída de eletricidade, no Brasil, por meio de Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR), a partir de aspectos técnicos, econômicos e regulatórios. O país possui, atualmente, 35 SFCR em operação, totalizando uma potência instalada de 161,32 kWp. A maior parte dessa potência se encontra nas Regiões Sul e Sudeste e foi implementada por universidades, centros de pesquisa e concessionárias de energia elétrica, com uma pequena participação da iniciativa privada. Foi calculado o custo de geração, a partir da energia solar, utilizando-se SFCR, para dezesseis localidades estrategicamente selecionadas. Esse valor varia em função da maior ou menor disponibilidade do recurso solar e da taxa de desconto adotada, tendo sido encontrado o valor médio de US$ 0,56 /kWh, cerca de 2,1 vezes maior que a tarifa residencial média nas mesmas cidades. Argumentando-se que a tarifa convencional tende a crescer nos próximos anos, pressionada pelo descompasso entre oferta e demanda, e que o custo de geração fotovoltaico tende a diminuir, no mesmo período, devido a ganhos de produtividade no processo de fabricação de componentes fotovoltaicos, elaborou-se um modelo matemático para prever o momento em que esses dois indicadores equiparar-se-ão. Verificou-se que o tempo médio de equiparação será de 7 anos, podendo ser menor que 5,0 anos em localidades onde a tarifa é mais cara que a média nacional e a irradiação média anual é superior à verificada no restante do país. Por fim, o trabalho analisa o enquadramento que a legislação faz dos geradores fotovoltaicos interligados à rede pública de distribuição, apontando os pontos favoráveis e os entraves legais à disseminação dos SFCR. / This work characterizes the Distributed Generation of electricity from Grid-Connected Photovoltaic Systems (GCPS) in Brazil, according to technical, economic and regulatory aspects. The country currently has 35 GCPS in operation, totaling an installed power of 161.32 kWp. Most of this power is in the South and Southeast and has been implemented by universities, research centers and electric power utilities, with a small participation of private initiative. The solar energy generation cost from GCPS was calculated for sixteen strategically selected localities. This value varies varies according to the greater or minor availability of the solar resource and the adopted discounting rate. The average value found was 0.56 US$ /kWh, about 2,1 times bigger than the average residential tariff in the same cities. Arguing that the conventional tariff tends to grow in coming years, pressed by the imbalance between supply and demand, and that the cost of photovoltaic generation tends to decrease over the same period due to productivity gains in the manufacturing process of photovoltaic components, a mathematical model was developed to predict the time that these two indicators will be equal. It was found that the average time of equalization will be 7.0 years and may be less than 5.0 years in locations where the conventional energy is more expensive than the national average and average annual irradiation is higher than that in the rest of the country. Finally, this work presents how the Brazilian legislation deals with the photovoltaic generators connected to the public distribution network, showing the points for and legal obstacles to the dissemination of GCPS.

A presente tese busca desenvolver uma metodologia para o gerenciamento e controle de uma geração distribuída que utiliza como fonte principal células a combustível do tipo PEM (Proton Exchange Membrane). A finalidade do trabalho consiste em analisar, controlar e gerenciar a operação da célula a combustível (CaC) nas operações ilhada e conectada em relação à rede de distribuição. Nos primeiros capítulos do texto é elaborada uma revisão acerca do princípio de funcionamento e do modelo da CaC. Após este estágio inicial, são analisadas e modeladas as estruturas dos estágios CC e CA que compõem a geração distribuída. Para o modo conectado é desenvolvida uma estratégia para o controle da tensão do link CC que, a partir da regulação da corrente do estágio CA, permite o gerenciamento da potência fornecida pela CaC. Sequencialmente ao texto e com a adição do estágio de armazenamento de energia, é apresentada uma proposta que vincula a dinâmica da CaC com a estrutura de gerenciamento do estágio CC e CA. Esse fato garante que a alteração do ponto de operação da CaC seja descrito conforme uma dinâmica predeterminada, garantindo assim que transitórios não sejam absorvidos pela CaC. Como parte final da tese, é desenvolvida uma estratégia para a inicialização da CaC, a qual associa o próprio comportamento da célula e o estágio de armazenamento de energia. Os resultados apresentados ao longo do texto mostram que as estruturas propostas tornam a CaC menos sensível a transitórios de carga, além de serem capazes de deslocar (gerenciar) o ponto de operação da célula. Ao final de cada capítulo, são apresentados resultados experimentais e de simulações que auxiliam o entendimento e suportam as propostas do trabalho. / This thesis proposes a methodology for management and control of distributed generation with a Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) as the main source. Additionally, the analysis of performance is used when the PEM fuel cell operates in two different operation modes, i.e. in grid-connected and stand-alone modes. In the first chapters, a review of main features and a mathematical model of fuel cells are presented. Sequentially, the theoretical models of the DC- and AC-power converters are analyzed. For grid-connected operation mode, a strategy based on the DC-link voltage control is proposed via current regulation of the AC stage affording thus the management of the power produced by the fuel cell. Additionally, with the use of the storage devices, a proposal that associates the dynamics of the PEM fuel cell with the DC and AC stages is shown. This fact ensures that the movement of the fuel cell operating point is described within a predetermined dynamic, ensuring that transients are not absorbed by the fuel cell. Finally, a strategy for the startup of fuel cell in association with the energy storage stage is developed. The results show that the proposed structures makes the cell less sensitive to the load transient, in order to move (manage) the fuel cell operating point. At the end of each chapter, experimental and simulation results are presented to support the proposed approach.