Resposta a eventos de um sistema elétrico com elevada disseminação de renováveis variáveis - O caso da ilha de Porto Santo

Abstract

The high dissemination of generation systems based on variable renewable sources, associa-ted with the reduction in the weight of conventional generation systems, pose great challengesfor operators of electric energy systems. Among the challenges are the non-contribution of vari-able renewable sources to system inertia and their non-use in primary control, making electricalsystems more susceptible to large variations in frequency and voltage drop during a disturbance.This research work evaluates the possibility of different technologies and strategies capableof providing inertial response, primary control and voltage support in a system with highdissemination of variable renewable sources.Several alternative strategies for the provision of some system services were analyzed, suchas inertial response and primary control, and the alternative based on the simulated or virtualinertia strategy was chosen, which is the combination of control algorithms, renewable energyresources, systems storage, power electronics and even capacitor banks. The storage technologychosen for the simulated inertia strategy among those studied was the electrochemical storagesystem. With this in mind, we proceeded to implement a model based on the electrical networkof the island of Porto Santo, with the help of the PSS/E (Power System Simulation for Engi-neering) software. The chosen control strategy was implemented in the software to control thephotovoltaic park of the electrical system on the island of Porto Santo.Simulations of various contingencies were carried out in order to analyze their impact,namely on system frequency and voltage profiles. The main events studied were: removal ofconventional generators from the system, removal of load from the system and short-circuitanalysis in different buses, thus recording quantities such as: voltage, frequency and power, forfurther analysis.Based on the analyzes carried out, it was possible to understand the impact of the use ofwind and PV, using the battery, on the response in terms of frequency variation and voltageprofile to events. The proposed control associated with PV showed a significant impact byreducing RoCoF and contributed to improving the voltage profile of the electrical system.

A elevada disseminação de sistemas de geração baseados em fontes renováveis variáveisassociada à redução do peso dos sistemas de geração convencional, levantam grandes desafiospara os operadores de sistemas de energia elétrica. Entre os desafios estão a não contribuiçãodas fontes renováveis variáveis para a inércia no sistema e a sua não utilização no controloprimário, tornando os sistemas elétricos mais suscetíveis a grandes variações na frequência e naqueda de tensão durante uma perturbação.O presente trabalho de investigação avalia a possibilidade de diferentes tecnologias e estra-tégias capazes de fornecerem resposta inercial, controlo primário e suporte a tensão em sistemacom elevada disseminação de fontes variáveis renováveis.Analisaram-se várias alternativas de estratégia para fornecimento de alguns serviços de sis-tema, como resposta inercial e controlo primário, tendo sido escolhida a alternativa baseadana estratégia da inércia simulada ou virtual que é a combinação de algoritmos de controlo,recursos de energia renovável, sistemas de armazenamento de energia, eletrónica de potênciae até mesmo bancos de condensadores. A tecnologia de armazenamento escolhida para a es-tratégia de inércia simulada de entre as que foram estudadas, foi o sistema de armazenamentoeletroquímico. Com este intuito, procedeu-se à implementação de um modelo com base na redeelétrica da ilha do Porto Santo, com o auxílio dosoftwarePSS/E (Power System Simulationfor Engineering). A estratégia de controlo escolhida foi implementada nosoftwarepara fazero controlo do parque fotovoltaico do sistema elétrico da ilha do Porto Santo.Foram realizadas simulações de várias contingências de modo a analisar o seu impacto,nomeadamente na frequência do sistema e perfis de tensão. Os principais eventos estudadosforam: retirada de geradores convencionais do sistema, retirada de carga do sistema e análise decurto-circuito em diferentes barramentos, registando assim grandezas como: tensão, frequênciae potência, para posteriores análises.Com base nas análises realizadas, deu para perceber o impacto da utilização da eólica e doPV, com recurso a bateria, na resposta em termos de variação da frequência e do perfil de tensõesperante os eventos. o controlo proposto associado ao PV mostrou um impacto significativoreduzindo o RoCoF e contribuiu para melhorar o perfil de tensão do sistema elétrico.