Slides-GNT-2019

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18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 1
COE888
TÓPICOS ESPECIAIS EM 
SISTEMAS DE DISTRIBUIÇÃO
Prof. Glauco Taranto
Universidade Federal do Rio de Janeiro
COPPE
tarang@coep.ufrj.br
O Desenvolvimento de um 
Simulador
2
Eólica
A Rede Inteligente
SIN
SE
Cargas 
Convencionais
Cargas 
Controláveis
Microturbinas
PCH
Armazenagem
3
Histórico do Desenvolvimento
Pesquisa e Implementação de 
Simulação Dinâmica Trifásica 
nas Redes de Distribuição com 
Geração Distribuída
Desempenho Dinâmico da Geração 
Distribuída Frente a Perturbações 
no SIN e de Manobras na Rede de 
Distribuição
Simulador para Análise das Dinâmicas de 
Curto e Longo Prazo em Redes de 
Subtransmissão e Distribuição com Geração 
Distribuída
3º Projeto
Ciclo 2008/2009
2º Projeto
Ciclo 2005/2006
1º Projeto
Ciclo 2001/2002
> 18 Anos de 
Desenvolvimento
Modelagem dinâmica para avaliação 
do impacto de fontes 
alternativas no sistema de 
distribuição de energia 
4º Projeto
Ciclo 2014/2016
4
Histórico de Estudos de Casos
CENPES IIPCH Mello
Análise da Dinâmica de Longo Prazo da 
Coordenação do Controle de Tensão 
em Alimentador Rural com a Presença 
de um Grande Produtor Independente 
de Energia.
5
Análise Estática e Dinâmica da 
Reconfiguração Automática da Rede e 
da Conexão de Fontes Renováveis no 
Sistema Elétrico da Ilha de Fernando 
de Noronha
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://profile.ak.fbcdn.net/hprofile-ak-snc4/187931_205412509470454_595521_n.jpg&imgrefurl=http://pt-br.facebook.com/pages/Light-Sesa/205412509470454&usg=__HsAGoP60oqwjK7m7IYVZaFluE6A=&h=160&w=160&sz=9&hl=pt-BR&start=4&zoom=1&tbnid=lsHlW2_uLREwZM:&tbnh=98&tbnw=98&ei=fSi4TaHmCYrV0QHZz9gD&prev=/search?q=light+sesa&hl=pt-BR&gbv=2&tbm=isch&itbs=1
http://images.google.com.br/imgres?imgurl=http://www.delgrande.com.br/cases/logos/ampla.jpg&imgrefurl=http://www.delgrande.com.br/cases/ampla.html&usg=__OB5tOIr3oFstZ9xKydBF9C0UePw=&h=80&w=112&sz=4&hl=pt-BR&start=1&zoom=1&tbnid=-kJKhc6N3ciigM:&tbnh=61&tbnw=86&ei=qSi4TeTaM8XL0QHtrdC2CA&prev=/search?q=ampla+energia&hl=pt-BR&gbv=2&tbm=isch&itbs=1
... acabou se tornando um produto comercial.
6
Fonte:
Revista Saber da Light
No.3 - 2011
Clipping
7Fonte: Revista Saber da Light
No.5 - 2013
Baixe a versão acadêmica em:
www.coep.ufrj.br/~tarang/Simulight
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 8
VISÃO GERAL DE SISTEMAS 
ELÉTRICOS DE POTÊNCIA
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 9
A Estrutura de um SEP
• São constituídos essencialmente de:
– Sistemas CA trifásicos;
– Máquinas síncronas;
– Variadas fontes de energia;
– Transmissão a longas distâncias
Fonte: Nabeel Kouka (google images)
A Estrutura de um SEP
Geração Transmissão
Subtransmissão
Distribuição
Pesadelo ou Nirvana ?
10Curso COE888 - Glauco Taranto
Arquivo
do SIN
Arquivo
do GIS
Transmissão
Subtransmissão
e Distribuição
A Estrutura de um SEP (cont.)
11
12
Querendo ou não, o paradigma está 
mudando!
Curso COE888 - Glauco Taranto
13Curso COE888 - Glauco Taranto
14
15
16
Matriz Elétrica Brasileira
Anos de 2014 e 2024 (%)
100% Renewables
50%
20%
14%
6%
4%
4%
1%
1%
____
100%
Fonte: IEEE Spectrum – Outubro/2011 by Mark Delucchi 17
A Rede Inteligente
Fonte: Smart Grid Center – Texas A&M University 18
Medição 
Eletrônica Automação
Geração 
Distribuída e 
Microgeração
Comunicação e 
Tecnologia da 
Informação
Armazenamento 
de Energia
Interoperabilidade
Microrredes
Segurança 
Cibernética
Eólica
A Rede Inteligente
SIN
SE
Cargas 
Convencionais
Cargas 
Controláveis
Microturbinas
PCH
Armazenagem
19
... e se essa onda pegar 
também?
20
Agosto 2012
Curso COE888 - Glauco Taranto
MODELAGEM TRIFÁSICA
21
18/06/2019 22 / 66
Simuladores para SEE
EMTP / ATP
EMTDC
PSS/E
ANATEM
EUROSTAG
SIMPOW
NETOMAC
EMTRMS3ph
DIgSILENT
ORGANON
RMS1ph
MATLAB / SimPowerSystems
ASTRE
POWERWORLD
PSAT
Simulight
18/06/2019 23 / 66
Motivação para o Tema
Análise de condições desbalanceadas:
• ... há ocasiões onde defeitos desbalanceados devem ser
analisados. É possível desenvolver modelos trifásicos para
todos os equipamentos do SEE mas o esforço de
desenvolvimento e o custo computacional extra restringem
este tipo de programa a sistemas muito simples.
J. ARRILLAGA et al, 1983, Computer Modelling of Electrical Power Systems, pag 295.
• ... calculando as variáveis em somente uma das fases, de
forma similar a circuitos monofásicos. A solução de circuitos
trifásicos desbalanceados não permite esta simplificação.
Uma representação trifásica poderia ser usada ao invés,
mas ela complicaria demais o problema.
P. KUNDUR, 1994, Power System Control and Stability, pag 872.
18/06/2019 24 / 66
Desbalanço entre Fases
Em alimentadores de distribuição
• há ocasiões em que o desbalanço entre fases em
alimentadores da MT não é desprezível e inevitável
• nesses casos a modelagem que considera o sistema trifásico
balanceado pode levar a resultados aproximados, e o pior, às
vezes, otimistas
18/06/2019 25 / 66
Formulação do Problema
Algebrização para 
Regime Permanente
( )
( )


=
=
yx,g0
yx,f0
Fluxo de Potência Generalizado
Simulação Rápida no Tempo
Algebrização pela 
Regra Trapezoidal
( )
( )



=
+

+−=
yx,g0
histyx,fx0
2
t
Simulação Dinâmica Completa
(Alternado ou Simultâneo)
( )
( )








=





=
















−=





yg/xg/
yF/xF/
JJ
JJ
J
y
x
yg/xg/
yF/xF/
yx,g
yx,F
43
21
Solução pelo
Método de Newton-Raphson
Pleno
(exceto método alternado)
( )
( )
,=

=
x f x y
0 g x, y
f = equações diferenciais dos dispositivos
g = equações algébricas da rede trifásica
x = variáveis de estado diferenciais
y = variáveis de estado algébricas
Sistema
de Equações
Algébrico-Diferencial
18/06/2019 26 / 66
Modelo de Linha de Transmissão
aa aa ab ab ac ac
ser ser ser ser ser ser
ba ba bb bb bc bc
ser ser ser ser ser ser
ca ca cb cb cc cc
ser ser ser ser ser ser
G jB G jB G jB
G jB G jB G jB
G jB G jB G jB
 + + +
 
+ + + 
 + + + 
2
aa ab ac
sht sht sht
ba bb bc
sht sht sht
ca cb cc
sht sht sht
B B B
j
B B B
B B B
 
 
 
 
 
2
aa ab ac
sht sht sht
ba bb bc
sht sht sht
ca cb cc
sht sht sht
B B B
j
B B B
B B B
 
 
 
 
 
k m
18/06/2019 27 / 66
Transformador de 2 enrolamentos
p s
pp
  Y  ssY
ps
  Y
sp
  Y
 sVp  V
p
  I  sI
pp psp p
sp sss s
    
=     
    
Y YI V
Y YI V
T
sp ps
   =   Y Y
p s
2
1 1
pp ps
 
   +   Y Y  2
1 1
ss sp
 
 +  Y Y
 
1
,ps sp

   −    Y Y
18/06/2019 28 / 66
Transformador de 2 enrolamentos
I II III
2
2
2
t t t t t t
t t t t t t
t t t t t t
y y y y y y
y y y y y y
y y y y y y
− − −     
     
= = − − = −
     
     − − −     
Y Y Y
conexão admitância própria admitância mútua
barra p barra s ppY ssY ,ps spY Y
aterradoY
aterradoY
aterradoY
aterradoY
Y
Y Y
Y
Δ
Δ
Δ Δ
IY IY − IY
1 3− IIY1 3 IIY1 3 IIY
IY IIY IIIY
1 3− IIY1 3 IIY1 3 IIY
II
Y
III
Y1 3
II
Y
II
Y
II
Y −
II
Y
18/06/2019 29 / 66
Máquinas Síncronas – Regime Permanente
PK
s
QK
s
+
+
-
-
refV
V
ref

P
Q
Barra
Barra V
QK
s+ -
refV
V
P
Q
Barra
Barra PV
P
Q
Barra
Barra PQ
Representação de Barras – Monofásico Equivalente
18/06/2019 30 / 66
Máquinas Síncronas – Inclusão na Rede
ˆ pos pos posI Y E=
a
b
c
V
V
V
 
 
 
 
 
m2Ym1Y
m1Y
sY
sY
sY
m2Y
m2Ym1Y
012 ABC→
ˆ 0zerI =
ˆ 0negI =
ˆ pos pos posI Y E=
posY posV
seqüência positiva
negV
seqüência negativa seqüência zero
ˆ 0negI =
negY
ˆ 0zerI =
zerY zerV
posE
posR posX
posV
seqüência positiva
negR negX
negV
seqüência negativa
zerR zerX
zerV
seqüência zero
18/06/2019 31 / 66
Máquinas Síncronas
Impedâncias de Sequência
012
zer zer
pos posneg neg
R jX
R jX
R jX
 +
 
= + 
 + 
Z
1
012 012
zer zer
pos pos
neg neg
G jB
G jB
G jB
−
 +
 
 = = +  
 + 
Y Z
1 2
1
012 2 1
1 2
s m m
abc S S m s m
m m s
Y Y Y
Y Y Y
Y Y Y
−
 
 
     = =       
 
 
Y T Y T
%5.1a2.0→posR
%60a1.1→negR
poszer RR 
 ddpos XXX "→
2
""
qdneg
XX
X
+
=
XX
zer 
Valores típicos:
18/06/2019 32 / 66
Gerador V Trifásico
QK
s
PK
s
+
+
-
-
espV
reg
esp
regV
SEQ2FAS
ˆ pos
reI
ˆ pos
imI
0
0
ˆzer
reI
ˆzer
imI
0
0
ˆneg
reI
ˆneg
imI
ˆa
imI
ˆa
reI
ˆb
imI
ˆb
reI
ˆc
imI
ˆc
reI
m2Ym1Y
m1Y
sY
sY
sY
m2Y
m2Ym1Y
Barra
( ), ,a b cVf V V V
( ), ,a b cf V V V
QK
s
PK
s
ˆ pos
reI
ˆ pos
imI
POL2RET
pos
GI
pos
G
+
+
-
-
espV
reg
esp
regV
18/06/2019 33 / 66
Gerador PV Trifásico
( ) ( ) ( )
2 2 2
ˆ ˆ3 pos pos pos pos pos pos neg neg zer zerreg re re im imP V I V I G V G V G V
 = + − − −
  
QK
s
PK
s
+
+
-
-
espV
injP
espP
regV
SEQ2FAS
ˆ pos
reI
ˆ pos
imI
0
0
ˆzer
reI
ˆzer
imI
0
0
ˆneg
reI
ˆneg
imI
ˆa
imI
ˆa
reI
ˆb
imI
ˆb
reI
ˆc
imI
ˆc
reI

m2Ym1Y
m1Y
sY
sY
sY
m2Y
m2Ym1Y
Barra
( ), ,a b cVf V V V
18/06/2019 34 / 66
Gerador PQ Trifásico
( ) ( ) ( )
2 2 2
ˆ ˆ3 pos pos pos pos pos pos neg neg zer zerreg re im im reQ V I V I B V B V B V
 = − − − −
  
QK
s
PK
s
+
+
-
-
espQ
injP
espP
SEQ2FAS
ˆ pos
reI
ˆ pos
imI
0
0
ˆzer
reI
ˆzer
imI
0
0
ˆneg
reI
ˆneg
imI
ˆa
imI
ˆa
reI
ˆb
imI
ˆb
reI
ˆc
imI
ˆc
reI
m2Ym1Y
m1Y
sY
sY
sY
m2Y
m2Ym1Y


injQ
Barra
Simulação Dinâmica Trifásica
35
18/06/2019 36 / 66
Defeitos Shunt
aZ bZ cZ
gZ
a b c
 
( )
( )
( )
a b c g a b a c
a b b a c g b c
sht
a c b c c a b g
Y Y Y Y Y Y Y Y
Y X Y Y Y Y Y Y Y Y
Y Y Y Y Y Y Y Y
 + + − −
 
 = − + + −
 
 − − + +
 
1 1 1 1 1
, , , ,a b c g
a b c g a b c g
Y Y Y Y X
Z Z Z Z Y Y Y Y
= = = = =
+ + +
18/06/2019 37 / 66
Modelo Dinâmico para o Gerador 
Trifásico
+
+
-
-
refV
ref
regV
SEQ2FAS
ˆ pos
reI
0
0
ˆzer
reI
ˆzer
imI
0
0
ˆneg
reI
ˆneg
imI
ˆa
imI
ˆa
reI
ˆb
imI
ˆb
reI
ˆc
imI
ˆc
reI
REGULADOR
DE
TENSÃO
DQ2RI ˆ pos
imI
m2Ym1Y
m1Y
sY
sY
sY
m2Y
m2Ym1Y
MODELO
DE
PARK
dI
qI

RI2DQ
dV
qV
EXCITATRIZ
fdE
FAS2SEQ
pos
reV
pos
imV
FV

REGULADOR
DE 
VELOCIDADE
TURBINA
mTTA

1
2Hs D+
0
s

eT
+
-
-
aneg R
T T+ 
0
+

+
Barra
( ), ,a b cVf V V V
aT
18/06/2019 38 / 66
Motor de Indução
SEQ2FAS
ˆ pos
reI
ˆ pos
imI
ˆzer
reI
ˆzer
imI
ˆneg
reI
ˆneg
imI
ˆa
imI
ˆa
reI
ˆb
imI
ˆb
reI
ˆc
imI
ˆc
reI
Barra
FAS2SEQ
pos
reV
pos
imV
zer
reV
zer
imV
neg
reV
neg
imV
a
imV
a
reV
b
imV
b
reV
c
imV
c
reV
1
jzer zerR X+
mT
1
2Hs
negT
+
-aTslip
( ) ( )
2
1 1A B slip C slip+ − + −
+
posT
'XsR
sX
mX
2
rR
slip−
rX
posV
negV
'E
posI
negI
sR
X 0
mT
Sistema Máquina x Barra Infinita
(recordação)
39
40
Estabilidade Transitória
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
 (graus)
P
Pe com LT #2 
fora de serviço
Pe com ambas 
LT's em serviço
c10
Pm a
b
c
d
e
Pe durante
a falta
m
f
Sistema Máquina x Barra Infinita
(CC na subestação UG2)
41
42
Estabilidade Transitória
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
 (graus)
P
Pe com LT #2 
fora de serviço
Pe com ambas 
LT's em serviço
c10
Pm a
b
c
d
e
Pe durante
a falta
m
f
43
Ações de controle que tendem a 
manter o sincronismo
• Aumento rápido e elevado da excitação da 
máquina (regulador de tensão)
• Rápida eliminação da falta
• Abertura monopolar
• Ação rápida do regulador de velocidade (fast 
valving – máquinas térmicas)
• Uso dos braking resistors, lâminas defletoras, 
etc.)
• Corte de carga e/ou corte de geração
• Rápida compensação série e/ou shunt
44
Abertura Monopolar
Arquivo: S2_3ph_abertura_monopolar.fdx
• S3Ø = 210 MW / 90 Mvar
• CC monofásico de 100 msno ponto 55 da SE-05 (Fase 
C)
• Eliminado pela abertura monopolar da Fase C
• Fechamento monopolar após 1 s
Evento: abertura_fase_c.fex 
A Interface MonoTri
45
Entra 1 fio e 
saem 3 ?
Caso Ilustrativo
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 46
arquivo: MonoTri_4barras.fdx
1 2 3 4
Linha de transmissão Alimentador
Barra
Infinita
Elemento de
Interface
Modelagem
Trifásica
Modelagem
Monofásica
Carga
trifásica
ou
36
108
1
interface
de rede
105
109
110
2
3
4
5 8 11 14 17 20 23 26 29 32 35
6
9
12
15
18
21
24
27
30
33
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
Simulação MonoTri
Representação Trifásica
Representação
Monofásica
47
Interface em Componentes Simétricas
SINGLE-PHASE
EQUIVALENT
SUBSYSTEM
pos
sery
positive sequence
k
pos
shty m
pos
shty
neg
sery
negative sequence
k
neg
shty m
neg
shty
neg
nrty
zer
sery
zero sequence
k
zer
shty m
zer
shty
zer
nrty
THREE-PHASE
SUBSYSTEM
+
pos
kV
pos
mV
neg
mV
zer
mV
Bus k Bus m
48
Múltiplos Elementos de Interface
pos
k m
neg
zer
p q
neg
zer
pos
SINGLE-PHASE
SUBSISTEM
THREE-PHASE
SUBSYSTEM
Element 2
Element 1
49
Interface Componentes de Fase
THREE-PHASE
SUBSYSTEM
SINGLE-PHASE
EQUIVALENT
SUBSYSTEM
abc
ser
  Y
a pos
k kV V   =   
a
m
b
m
c
m
V
V
V
 
 
 
 
 
k
abc
sht
  Y m
abc
sht
  Y
+ ,neg zernrt nrty y
Bus k Bus m
( ) ( )
( ) ( )
k
m
abc abc abc abc abc abc
k sht ser k ser m
abc abc abc abc abc abc
m ser k sht ser m
= + + −
= − + +
I Y Y V Y V
I Y V Y Y V 3 33 3
3 3 3 3
k
m
abc abc abc
sht ser ser
abc abc abc
ser sht ser

 
 
 
   + −   
 
 
   − +    
 
 
Y Y Y
Y Y Y
k
k
m
m
Injeção de corrente e coordenadas retangulares
50
Relação da tensão e corrente
em componentes de fase e de sequência no terminal k
51
A Matriz Y_barra
52
Sistema 9 Barras x 3 Máquinas
G2 TF2 TF3 G3
C8
G1
TF1
C5 C6
90+j30 MVA
1
4
5 6
2 7 8 9 3
LT1LT2
LT3 LT4
LT5LT6
7'
SW1
5'
SW2
53
Sistema 14 Barras x 4 Máquinas
G2 TF2 TF3 G3
C3
G1
TF1
C1 C2
60+j20 MVA
1
4
5 6
2 7 8 9 3
LT1LT2
LT3 LT4
LT5LT6
7'
SW1
5'
SW2
TF4
10
11
12
13
14
G4
C10
9+j3 MVA
C11
9+j3 MVA
C12
9+j3 MVA
C13
9+j3 MVA
C14
9+j3 MVA
15+j5.9 MVA
Modelos
trifásicos
Modelos
monofásicos
Interface
mono-tri
54
WSCC (Caso 1)
TF-04
G-04
C-11
1+j0.75MVA
101
11
10
6
230kV
34.5kV
RML-10-11
C-12
1+j0.75MVA
12
RML-11-12
1+j0.75MVA 1+j0.75MVA
13
C-13
1+j0.75MVA
RML-12-13 RML-13-14
14 REG-14-15 15 16
RML-15-16
17 18 19 20
151
1+j0.75MVA
C-16
1+j0.75MVA 1+j0.75MVA
C-17
1+j0.75MVA 1+j0.75MVA
C-18
1+j0.75MVA
13.8kV
201
RML-16-17 RML-17-18 RML-18-19
TF-G-04
152
C-15
15+j9MVA
55
WSCC (Caso 2 ou 3)
TF-04
G-04
C-11
1+j0.75MVA
101
11
10
6
230kV
34.5kV
RML-10-11
C-12
1+j0.75MVA
12
RML-11-12
1+j0.75MVA 1+j0.75MVA
13
C-13
1+j0.75MVA
RML-12-13 RML-13-14
14 REG-14-15 15 16
RML-15-16
17 18 19 20
151
1+j0.75MVA
C-16
1+j0.75MVA 1+j0.75MVA
C-17
1+j0.75MVA 1+j0.75MVA
C-18
1+j0.75MVA
13.8kV
201
RML-16-17 RML-17-18 RML-18-19
TF-G-04
152
C-15
15+j9MVA
56
15
57
Sistema Rural (Zoom 1)
58
Sistema Rural (Zoom 2)
59
60
A Possível Inversão dos Papéis
Curso COE888 - Glauco Taranto
61
Controle Carga-Frequência
• Filosofia baseada nas leis do movimento
2ª. Lei – o somatório das forças num objeto 
é proporcional à sua massa
multiplicada por sua aceleração
• A frequência do sistema é determinada 
pela velocidade dos geradores síncronos
• A velocidade dos geradores síncronos é 
determinada pelo balanço do torque 
mecânico de entrada com o torque elétrico 
de saída (reação da armadura)
Curso COE888 - Glauco Taranto
62
Curva Típica da Carga
Curso COE888 - Glauco Taranto
63
Curva típica da carga em um dia 
de jogo do Brasil em Copas do 
Mundo 
Fonte: ONS 
Curso COE888 - Glauco Taranto64
Eclipse Solar (20/03/2015)
Curso COE888 - Glauco Taranto
Fonte: entso-e
• Houve uma perda rápida de 17 GW
• Uma reintegração ainda mais rápida de 25 GW 
65
Frequência 
Curso COE888 - Glauco Taranto
66
Regulador de Velocidade
Controle Automático da Geração
Xisto Vieria Filho
Curso COE888 - Glauco Taranto
67
A inversão dos papéis
• Por 120 anos a geração segue a carga.
• Será que no futuro a carga passe a seguir 
a geração?
• Para que isso aconteça os consumidores 
terão que ter acesso aos custos de 
energia em tempo real.
• Vultosos investimentos em TI são 
necessários.
• Quem paga a conta?
Curso COE888 - Glauco Taranto
68
Sistemas com pouca ou nenhuma 
inércia
• Sistemas eólicos, fotovoltaicos, ou seja, 
fontes geradoras conectados via conversores 
eletrônicos.
• Nos sistemas não inerciais a frequência é 
imposta pelas pontes inversoras.
• Problemas com a repartição de potência 
entre fontes geradoras
• Problemas com o balanço geração-carga
Curso COE888 - Glauco Taranto
Sistema Máquina x Barra 
Infinita
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 69
Sistema Máquina x Barra 
Infinita (Perda de uma LT)
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 70
Sistema Máquina x Barra 
Infinita (Curto-circuito)
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 71
Ilhamento e Aumento de 
Carga
(arquivo: smec.fdx)
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 72
Potências Elétrica x Mecânica
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 73
Potências Elétrica x Mecânica
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 74
Frequência (zoom)
0 10 20 30 40 50 60 70 80
35
40
45
50
55
60
65
Tempo (segundos)
F
re
q
u
ê
n
c
ia
 (
H
z
)
10 20 30 40 50 60 70 80
57
57.5
58
58.5
59
59.5
60
60.5
61
Tempo (segundos)
F
re
q
u
ê
n
c
ia
 (
H
z
)
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 75
Parâmetros da
Máquina Síncrona
Parâmetro Valor
H 3,302
D 0
Sbase 192
unids 1
R 0
Xd 165,1%
Xq 159%
Xld 23,2%
Xlld 17,1%
Xllq 17,1%
Tldo 5,9
Tlldo 0,033
Tllqo 0,078
Modelo: Arrillaga & Watson
Parâmetros típicos: Anderson & Fouad
Nome no Simulight: (MaqSincr#Mdl:IV)
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 76
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 77
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
Normas e Padrões de Acesso
IEEE Standards
78
Prodist
79Curso COE888 - Glauco Taranto
Normas de Conexão de Acessantes
80
125 páginas 137 páginas
Curso COE888 - Glauco Taranto
Análise Expedita da Factibilidade 
de Conexão da GD
81Curso COE888 - Glauco Taranto
The “de minimus” concept
• O quão seguro é o nível de penetração?
• Definindo (por exemplo, por alimentador):
– Cdg = capacidade de geração distribuída
– Lmin = carga mínima anual
– Se [Cdg / Lmin < K] o efeito é insignificante, a GD pode 
ser conectada ao alimentador sem estudos detalhados 
da concessionária, nem há necessidade de instalação 
de novos equipamentos de proteção.
– Se [Cdg / Lmin > K] uma análise cuidadosa deve ser 
feita.
– K é definido como um pequeno percentual de Lmin (por 
exemplo 20%) 
82Curso COE888 - Glauco Taranto
Análise Expedita x Análise Detalhada
• A análise expedita (AE) sempre deve ser feita
• A análise detalhada (AD) nem sempre é viável ou 
necessária
• A AD deve ser feita quando [Cdg / Lmin > K]
• A AE requer:
– Parâmetros básicos da rede elétrica (impedâncias, cargas, etc)
– Parâmetros da GD (tipo, potência nominal, fator de potência, etc)
• A AD também deve ser feita se a AE mostrar potencial de 
interação com o sistema de distribuição
• A AD requer:
– Além dos parâmetros necessários para a AE, parâmetros do 
gerador, dos reguladores de tensão e de velocidade (se possível 
seus respectivos diagramas de blocos), modelo dos OLTCs, 
ligação dos transformadores, esquemas de proteção, etc.
83OBS: Baseado em uma análise proposta pelo EPRI.
Conceitos Úteis
• Grau de penetração (penetration ratio)
• Grau de robustez (stiffness ratio)
84
Cálculo do grau de penetração (GP) = 
Soma da capacidade das GDs no alimentador ( kVA ou MVA)
Demanda máxima do alimentador (kVA ou MVA) 
OBS: Uma baixa penetração pode ser considerada quando GP for menor
ou igual a 30%. 
Curso COE888 - Glauco Taranto
Grau de Robustez
85
Cálculo do grau de robustez (GR) = 
Potência de curto-circuito no ponto de conexão
+
Potência de curto-circuito da GD
Potência de curto-circuito da GD 
OBS: O GR é calculado no ponto de conexão. 
Curso COE888 - Glauco Taranto
Grau de Robustez
• Com base na literatura, a experiência tem mostrado que 
se o GR > 200, é muito pouco provável que a presença da 
GD cause algum problema relacionado a flutuações de 
tensão, perfil de tensão, proteção, estabilidade ou 
controle. 
• Entretanto, se o GR for baixo (< 50), a probabilidade de 
problemas aumenta significativamente, e requisitos mais 
restritivos de conexão devem ser impostos ao acessante. 
86Curso COE888 - Glauco Taranto
AMPACIDADE E 
REGULAÇÃO DE TENSÃO
87Curso COE888 - Glauco Taranto
A relação X/R
Por exemplo, uma linha típica de 345 kV tem a relação X/R próxima
a 10 e uma de 500 kV tem a relação X/R próxima a 18.
Entretanto, por exemplo, no Cabo 1/0 CA essa relação reduz para 0,7.
As leis de Kirchoff, Newton, e outros mais, continuam as 
mesmas, porém os resultados esperados, devido ao vício com 
os parâmetros típicos dos sistemas de geração/transmissão, são
muitas vezes surpreendentes.
Regulação de tensão: Na distribuição, passa a ser relevante
também:
88Curso COE888 - Glauco Taranto
Geração máxima permissível 
em função de sua localização
Regulação de tensão:
89Curso COE888 - Glauco Taranto
Considerações sobre os aspectos de 
sobretensão da Geração Distribuída
• Uma das maiores preocupações da utilização de GD é 
seu potencial de criar sobretensões na rede de 
distribuição, e com isso danificar equipamentos da rede e 
dos consumidores.
• Alguns dos aspectos de precauções são:
– Sobretensões nas fases sãs, no caso de curto-circuito 
monofásico. Pode ou não ser evitada pela ligação do 
transformador de acoplamento.
– Sobretensões proporcionadas pela elevada injeção de potência 
das GD.
– Sobretensões causadas pela descoordenação entre bancos de 
capacitores, reguladores de tensão do alimentador (LTC) e do 
gerador (AVR)
– Sobretensões causadas por circuitos ressonantes durante a 
operação ilhada (autoexcitação).
90Curso COE888 - Glauco Taranto
Sobretensões devido a presença de GD 
• Sobretensões nas fases sãs, no caso de curto-circuito 
monofásico.
91
Fonte: P. Barker
Curso COE888 - Glauco Taranto
Sobretensões proporcionadas pela 
elevada injeção de potência das GD
Queda aproximada de 
tensão:
92
R + j X
Curso COE888 - Glauco Taranto
93
Cálculo Aproximado da Queda de 
Tensão em Alimentadores
• Não é incomum utilizar a seguinte expressão aproximada para 
calcular a queda tensão em uma rede de distribuição:
• Na figura abaixo a Barra 1 representa a subestação primária, cuja 
tensão é mantida constante e geralmente igual a 1 pu.
2
21
V
QXPR
VVV LL
+
−=
Curso COE888 - Glauco Taranto
Sobretensões proporcionadas pela 
elevada injeção de potência das GD
Elevação aproximada de tensão:
94
V1
PG+jQG GD
R + j X
PL+jQL
V2
( ) ( )
2
21
V
QQXPPR
VVV GLGL
−+−
−=
Curso COE888 - Glauco Taranto
Sobretensões proporcionadas pela 
descoordenação entre controladores de tensão
95Curso COE888 - Glauco Taranto
Sobretensões causadas por circuitos ressonantes 
durante a operação ilhada (autoexcitação)
• Uma análise completa desse fenômeno não pode ser feita 
com modelos na frequência fundamental. 
96Curso COE888 - Glauco Taranto
Uma análise quantitativa
Em função:
• Dos cabos
• Localização da GD
• Da potência ativa gerada
• Da potência reativa gerada/absorvida
• Da tensão nominal (13,8 kV ou 11,9 kV)
97
Ref.: R. C. de Carvalho, “Uma Metodologia para Análise Expedita da Máxima Injeção de Potência Ativa
por Gerador Distribuído”, Tese de Doutorado, COPPE/UFRJ, Junho 2015.
Curso COE888 - GlaucoTaranto
Potência Máxima e Perdas
• Análise da potência máxima despachável e perdas no alimentador de 
acordo com a quantidade de potência reativa associada
• Premissas:
– Potência calculada para o limite de variação de tensão de ±5%
– Perdas elétricas calculadas para a potência máxima injetada
– Cabo 477 CA
• Limite térmico de 646A
• Resistência de 0,1342Ω/km e Reatância de 0,3743Ω/km
– Cabo 336,4 CA
• Limite térmico de 514A
• Resistência de 0,1908Ω/km e Reatância de 0,3875Ω/km
– Cabo 4/0 CA
• Limite térmico de 380A 
• Resistência de 0,3021Ω/km e Reatância de 0,4091Ω/km
– Cabo 1/0 CA
• Limite térmico de 242A
• Resistência de 0,6047Ω/km e Reatância de 0,4338Ω/km R > X
98Curso COE888 - Glauco Taranto
Geração máxima permissível 
em função de sua localização
Regulação de tensão:
99Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 477 CA - 13,8kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 477 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,1342 Ω/km
Reatância de 0,3743 Ω/km
100Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 477 CA - 11,9kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 477 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,1342 Ω/km
Reatância de 0,3743 Ω/km
101Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 336,4 CA - 13,8kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
30
35
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 336,4 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,1908 Ω/km
Reatância de 0,3875 Ω/km
102Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 336,4 CA - 11,9kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
30
35
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 336,4 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,1908 Ω/km
Reatância de 0,3875 Ω/km
103Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 4/0 CA - 13,8kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 4/0 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,3021 Ω/km
Reatância de 0,4091 Ω/km
104Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 4/0 CA - 11,9kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 4/0 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,3021 Ω/km
Reatância de 0,4091 Ω/km
105Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 1/0 CA - 13,8kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
8
10
12
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 1/0 CA, 13,8kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
Resistência de 0,6047 Ω/km
Reatância de 0,4338 Ω/km
106Curso COE888 - Glauco Taranto
Cabo 1/0 CA - 11,9kV
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
8
10
12
comprimento (km)
P
o
tê
n
c
ia
 a
ti
v
a
 (
M
W
) 
e
 P
e
rd
a
s
 (
%
)
Cabo 1/0 CA, 11,9kV - Potência ativa máxima e perdas
 
 
Q = 50%P
Q = 40%P
Q = 30%P
Q = 20%P
Q = 10%P
Q = 0%P
107Curso COE888 - Glauco Taranto
Potência Máxima Gerada (MW)
fp = 1, Vnom = 13,8 kV
Cabo 477 CA
Resistência de 0,1342 Ω/km
Reatância de 0,3743 Ω/km
Cabo 1/0 CA
Resistência de 0,6047 Ω/km
Reatância de 0,4338 Ω/km
108Curso COE888 - Glauco Taranto
SISTEMAS PADRÃO
109Curso COE888 - Glauco Taranto
Características
• Sistema Urbano (13,8 kV – 25 MVA)
– Co-geração térmica (5 MVA)
– Maior carregamento
– Bancos de capacitores
– 4 alimentadores (curto, médio, longo e muito 
longo)
• Sistema Rural (13,8 kV – 15 MVA)
– PCH (2,5 MVA)
– Alimentadores longos com reguladores de tensão
– Bancos de capacitores
– 3 alimentadores (médio, longo e muito longo)
Curso COE888 - Glauco Taranto
Sistema Teste – Rural
111Curso COE888 - Glauco Taranto
Sistema Teste – Urbano
112
BUS-SE-MT
13800.0 V
S
P
TRAFO-SE
20000.0 kVA /
25000.0 kVA
BCP -SE-1
2400.0 kvar
DJ-TF
BUS-SE-AT
138000.0 V
EQ-SISTEMA
250.000 MVA
225.000 MW
RELE-TF
DJ-AL1
RELE-AL1
LOAD-AL1.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
DJ-AL2
RELE-AL2
LOAD-AL2.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
DJ-AL4
RELE-AL4
LOAD-AL4.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
DJ-AL3
RELE-AL3
LOAD-AL3.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
BUS-AP MT01
13800.0 V
BUS-AP MT02
13800.0 V
S
P
TF-LINK
3000.0 kVA /
4000.0 kVA
GEN-AP
5.000 MVA
4.000 MW
LEQ-APBT01
350.0 kW
PF 0.95 Lag
RELE-AP
DJ-BCP
RELE-BCP
BCP -AL3-2
1200.0 kvar
BCP -AL3-1
1200.0 kvar
BCP -AL2-1
600.0 kvar
BCP -AL4-1
600.0 kvar
BCP -AL4-2
600.0 kvar
S
P
RT-AL4
5234.6 kVA /
5234.6 kVA
BUS-AP BT01
480.0 V
S
P
TF-APEQ1
3000.0 kVA /
3000.0 kVA
MEQ-APBT01
1400.0 kW
PF 0.80 Lag
LEQ-APBT02
350.0 kW
PF 0.95 Lag
BUS-AP BT02
480.0 V
S
P
TF-APEQ2
3000.0 kVA /
3000.0 kVA
MEQ-APBT02
1400.0 kW
PF 0.80 Lag
AL-1.1
AL-1.2
AL-1.3
AL-1.4
AL-1.5
AL-1.6
AL-2.1
AL-2.2
AL-2.3
AL-2.4
AL-2.5
AL-2.6
AL-3.1
AL-3.2
AL-3.3
AL-3.4
AL-3.5
AL-3.6
AL-4.1
AL-4.2
AL-4.3
AL-4.4
AL-4.5
AL-4.6
AL-BCP
3#4/0 CA
5.0 m
BUS-BCP-SE
13800.0 V
AL-AP
BCP -SE-2
2400.0 kvar
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15 21
2216
17
18
20
19
23
24
25
26
27
35
37
36
38
Considerações sobre os aspectos de 
sobretensão da Geração Distribuída
• Uma das maiores preocupações da utilização de GD é 
seu potencial de criar sobretensões na rede de 
distribuição, e com isso danificar equipamentos da rede e 
dos consumidores.
113
Considerações sobre os aspectos de 
sobrefrequência da Geração Distribuída
• Uma das maiores preocupações da utilização de GD é 
seu potencial de criar sobrefrequência na rede de 
distribuição, quando da operação ilhada, e com isso 
danificar equipamentos da rede e dos consumidores.
Curso COE888 - Glauco Taranto
ILHAMENTO
114Curso COE888 - Glauco Taranto
Quando ilhar?
• Quando for técnica e financeiramente viável.
115
• Tem que ser uma situação ganha-ganha
Quando ilhar?
Em alguns lugares do mundo essa pergunta 
nem faz sentido
• Ilha de Creta (Grécia) – 650 MW* (2012)
• Ilhas Guadalupe (Caribe) – 260 MW* (2010)
• Ilha de Fernando de Noronha – 2,5 MW* (2012)
116* Demanda máxima
Benefícios
117Curso COE888 - Glauco Taranto
Benefícios
118Curso COE888 - Glauco Taranto
PCH Areal
119
Ficha Técnica:
- Alimentador: 25 kV
- Capacidade: 5,5 MVA
- Turbina Francis 
horizontal
- RAT brushless
Curso COE888 - Glauco Taranto
O Sistema de Distribuição
120
Possível área de 
ilhamento
Até Jan 2015, foram 14 ilhamentos
Considerações técnicas para o ilhamento
• Os geradores devem ser capazes de manter a carga.
• Geradores com capacidade de geração de potência 
reativa, e capacidade de seguir as variações de carga• Reguladores de tensão e de velocidade de respostas 
rápidas
• Quantidade de inércia rotacional significativa
• Sistemas de comunicação
• Possibilidade de black start
• Cargas intermitentes dificultam o ilhamento no quesito 
qualidade do suprimento
121Curso COE888 - Glauco Taranto
Possibilidades de Ilhamento
122Curso COE888 - Glauco Taranto
Ilhamento intencional
• Pode ser decidido com base no GP (grau de penetração)
– Por exemplo, se o GP > 100% (empresa pouco 
conservadora)
• Requer alterações:
– Em chaves (troca do tipo e posicionamento);
– Na proteção (via mudança de setpoints, inclusão de novas 
funções);
– Nos modos de controle da malha de regulação de tensão e de 
regulação de velocidade dos geradores síncronos.
123Curso COE888 - Glauco Taranto
Ilhamento intencional
• Duas estratégias podem ser utilizadas:
– Sem descontinuidade de suprimento (SDS)
– Com descontinuidade de suprimento (CDS)
• No caso do ilhamento CDS há necessidade do PIE ter 
capacidade de black-start
• Quando usar uma ou outra?
• Se a fonte do PIE for firme, ou seja, uma PCT com 
estocagem de combustível ou uma PCH com capacidade 
de armazenamento, deve-se tentar viabilizar a estratégia 
SDS.
• A estratégia SDS deve ser tentada se o GP > 200% (uma 
proposta).
124Curso COE888 - Glauco Taranto
Características da Estratégia SDS
• Prover energia firme
• GP > 200%
• Haver telecomando entre a concessionária e o PIE 
quando da abertura do disjuntor do alimentador da SE
• Mudança automática:
– de setpoints de relés de proteção
– do controle do regulador de tensão do gerador do modo controle 
de fator de potência para o modo controle de tensão
– do controle do regulador de velocidade do modo controle de 
potência para o modo controle de frequência.
• Isso significa nos reguladores atuais fazer a mudança do 
modo “grid” para o modo “ilha”.
• Haver verificação de sincronismo no disjuntor da SE (Relé 25)
125Curso COE888 - Glauco Taranto
Características da Estratégia CDS
• Normalmente mais econômica em termos de custo de 
capital, pois não há tanta necessidade de links 
automáticos
• Mais cara em termos de custo operacional, pois necessita 
a intervenção de uma equipe de campo
• Mudança manual:
– de setpoints de relés de proteção
– do controle do regulador de tensão do modo controle de fator de 
potência para o modo controle de tensão
– do controle do regulador de velocidade do modo controle de 
potência para o modo controle de frequência.
• Haver verificação de sincronismo no disjuntor da SE (Relé 
25)
• Menor impacto nos índices de confiabilidade (DIC, FIC)
126Curso COE888 - Glauco Taranto
Utilizando o conceito “de minimus” 
para permissão de ilhamento
• BC Hydro (Canadá) utiliza a regra “Two-to-One”
• O ilhamento é permitido se (Cdg / Lmin) > 2, ou seja, a 
capacidade de geração via GD tem que ser maior que o 
dobro da carga mínima anual (do alimentador, da 
subestação, etc.)
• Outras concessionárias mais conservadoras utilizam a 
regra “Three-to-One”
127Curso COE888 - Glauco Taranto
Proteção contra perda de 
sincronismo
• Oscilações eletromecânicas instáveis levam a perda de 
sincronismo de unidades geradoras.
• Podem surgir após um curto-circuito no sistema.
• A PPS pode ser realizada com relés de distância 
convencionais.
128
ZA ZL ZB
VC VD
IL
EB 0EA 
( )
A
ZjL
Z
B
Z
A
Z
L
I
C
V
C
Z −





−
++
==
2
cot1
2

Curso COE888 - Glauco Taranto
Proteção contra perda de 
sincronismo
129
Centro elétrico (CE)
Curso COE888 - Glauco Taranto
Proteção contra perda de 
sincronismo
130
ZR = ZA
ZS = ZB
Curso COE888 - Glauco Taranto
Localização do Centro Elétrico
131
ZR é a impedância da GD
ZL é a impedância do trafo de acoplamento
ZS é a impedância do alimentador em série
com a impedância de Thevenin na barra de baixa
da subestação
• Normalmente (ZR + ZL) é muito maior do que ZS
• O CE fica no ponto elétrico central, isto é, quando a impedância “à 
esquerda” é igual a impedância “à direita”
• Ou seja, normalmente o CE acontece na “jurisprudência” da GD.
• Se o CE acontecer no alimentador, a concessionária deverá ter PPS, e 
seu disjuntor deverá ter capacidade de abertura com tensões em 
oposição de fase.
Curso COE888 - Glauco Taranto
• Normalmente (ZR + ZL) é 
muito maior do que ZS
• O CE fica no ponto elétrico 
central, isto é, quando a 
impedância “à esquerda” é 
igual a impedância “à 
direita”
• Ou seja, normalmente o 
CE acontece na 
“jurisprudência” da GD.
• Se o CE acontecer no 
alimentador, a 
concessionária deverá ter 
PPS, e seu disjuntor 
deverá ter capacidade de 
abertura com tensões em 
oposição de fase.
Localização do Centro Elétrico
132
ZS
ZR + ZL
Geração Eólica
133Curso COE888 - Glauco Taranto
134
Desempenho nos Leilões
• Participação crescente
• Preço em queda
Curso COE888 - Glauco Taranto
135
136
Matriz Elétrica Brasileira
Anos de 2014 e 2024 (%)
137
Potencial Eólico Brasileiro
Curso COE888 - Glauco Taranto
138
Complementariedade Hidro-Eólica
Curso COE888 - Glauco Taranto
139
Gerador de Velocidade Fixa
(fixada pelo vento)
Curso COE888 - Glauco Taranto
140
Gerador de Velocidade Variável
(Full Converter)
Curso COE888 - Glauco Taranto
141
Gerador de Velocidade Variável
(duplamente alimentado)
Curso COE888 - Glauco Taranto
Geração Fotovoltaica
142Curso COE888 - Glauco Taranto
UFRJ
➢ Descoberto pelo francês Edmond 
Becquerel em 1839 quando tinha 19 
anos.
Efeito fotovoltaico – é a criação de 
uma tensão ou uma corrente elétrica 
em um material quando exposto à 
luz (irradiação solar).
143Curso COE888 - Glauco Taranto
144
Reportagem do caderno Morar Bem
do Jornal O Globo (Dom – 06/10/2013)
Curso COE888 - Glauco Taranto
145
146Curso COE888 - Glauco Taranto
Valor Anual de Referência Específico (VRES)
• Solar fotovoltaica – R$454,00/MWh*
• Cogeração a gás natural – R$329,00/MWh*
* valores de 2016
147
Espaço + estrutura + $ (2012)
Características do Painel:
12 kg – 150x68x3,5 (cm)
770 painéis – 100 kWp
10 ton – 30x27 (m)
R$ 818,00 x 770 = R$ 629.860,00 (só os painéis)
Curso COE888 - Glauco Taranto
148
1 ano depois ...
Espaço + estrutura + $ (2013)
Características do Painel:
12,9 kg – 150x67x4,6 (cm)
715 painéis – 100 kWp
9,2 ton – 30x27 (m)
R$ 719,00 x 715 = R$ 514.085,00 (só os painéis)
REDUÇÃO DE: 
(R$629.860,00 – R$514.085,00)/(R$629.860,00) =
= 18%
Curso COE888 - Glauco Taranto
149
4 anos depois ...
Espaço + estrutura + $ (2016)
Características do Painel:
12,0 kg – 149x67x4,0 (cm)
667 painéis – 100 kWp
8,0 ton 
R$ 689,00 x 667 = R$ 459.563,00 (só os painéis)
Curso COE888 - Glauco Taranto
150
4 anos depois ...
Espaço + estrutura + $ (2016)
Características do Painel:
12,0 kg – 149x67x4,0 (cm)
667 painéis – 100 kWp
8,0 ton 
R$ 689,00 x 667 = R$ 459.563,00 (só os painéis)
Curso COE888 - Glauco Taranto
Redução em relação a 2013: 
(R$514.085,00 – R$459.563,00)/(R$514.085,00) = 11%
Redução em relação a 2012: 
(R$629.860,00 – R$459.563,00)/(R$629.860,00) = 27%
Redução em relação a 2012 (considerando uma 
inflação anual de 5%): 
(R$629.860,00x1.05^3 – R$459.563,00)/(R$629.860,00x1.05^3) = 
(R$729.142,00 – R$459.563,00)/(R$729.142,00) = 37%
Instalo ou não?
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 151
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 152
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 153
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 154
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 155
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 156
Custo do Material (approx.)
para uma instalação de 1 kWp
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 157
Suporte = R$860,00
Grampos = R$19,90 x 4 = R$79,60
Painel Solar (250 W) = R$1.263,85 x 4 = R$5.055,40
Inversor (1 kW) = R$1.239,00
Controlador de carga (MPPT) = R$1.439,00
Interface computacional = R$449,00
Caixa de proteção = R$2.090,00
Cabos p/ o inversor = R$119,90
Cabos = R$19,90/m x 20m = R$398,00
Bateria = R$1009,00
Total = R$12.738,90Área necessária
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 158
1 m2 ≈ 100 Wp
Campo do Maracanã = 8250 m2 ≈ 0,8 MWp
120 campos do Maracanã ≈ 1 km2 ≈ 100 MWp
1 lagoa Rodrigo de Freitas ≈ 220 MWp
Área necessária
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 159
1 m2 ≈ 100 Wp
1 Ilha do Fundão ≈ 520 MWp
Ilha do Fundão = 5,2 km2
Ilha do Governador = 36 km2
1 Ilha do Governador ≈ 3600 MWp
MW Máximo por Região
18/06/2019 Curso COE888 - Glauco Taranto 160
05/04/2016
161
Irradiação Solar
Brasil x Alemanha
Fonte: solarpaces.org
Alguns fatos relatados da experiência alemã *
• Aproximadamente todos os 
geradores PV com 
capacidade < 100 kWp ( 
total > 10 GWp) são 
conectados na BT;
• Limite térmico da rede e de 
equipamentos em muitos 
casos não é o fator limitante!
• Violação dos limites de 
tensão (superior) é o 
principal fator limitante!
– A variação de tensão devido a 
todos geradores não pode 
exceder 2% na MT e 3% na BT 
comparado com a situação sem 
geração.
162
* G. Arnold, “Challenges of Integrating Multi-GW solar power into the
German distribution grids”, Fraunhofer Institute, XVII PSCC, 2011.
Procedimentos adotados na Alemanha*
• A geração PV tem que prover potência reativa – fp 0,95 
(MT) e fp 0,9 (BT)
• Controle da potência ativa dependendo de:
– Gargalo na rede
– Ameaça de blecaute
– Reparo ou manutenção na rede
– Sobrefrequência
• Ter capacidade de sobrevivência em afundamentos de 
tensão ocasionados por curtos-circuitos (LVRT)
163
* G. Arnold, “Challenges of Integrating Multi-GW solar power into the
German distribution grids”, Fraunhofer Institute, XVII PSCC, 2011.
164
Nota Técnica da EPE
64 páginas
165
166
Produtividade Média Específica da Geração 
Fotovoltaica em Áreas Selecionadas do 
Território Brasileiro 
Área Produtividade 
Média 
(Wh/Wp/ano)
Fator de 
Capacidade 
Média
# 5 1260 14,4%
# 6 1320 15,1%
# 7 1370 15,6%
# 8 1420 16,2%
Fonte: EPE
Incentivos Governamentais
Resolução Normativa 481/2012 (ANEEL)
• Fica estipulado, para a fonte solar com potência 
injetada nos sistemas de transmissão ou 
distribuição menor ou igual a 30 MW, o 
desconto de 80% para os empreendimentos que 
entrarem em operação comercial até 
31/12/2017, aplicável nos 10 primeiros anos de 
operação da usina, na TUST e TUSD, sendo 
esse desconto reduzido para 50% após o 
décimo ano de operação da usina.
167
Eficiência das Células
168Fonte: NREL
Curvas Características
169Fonte: Nota Técnica da EPE – 2012
Variabilidade intra-anual menor do que as 
fontes eólicas ou hidrelétricas 
170
Fonte: Nota Técnica da EPE – 2012
Curvas Características em função da 
temperatura das células e níveis de 
irradiação
171
Fonte: Nota Técnica da EPE – 2012
Comportamento Temporal da Insolação 
172
Fonte: Nota Técnica da EPE – 2012
Mais previsível no longo prazo, 
porém menos previsível no curto
prazo do que as fontes eólicas e
hídricas.
Aproveitamento Energético 
Heliotérmico
173
Fonte: Nota Técnica da EPE – 2012
Diagrama unifilar padrão de um 
sistema fotovoltaico
174
A. Yazdani, et. al., “Modeling Guidelines and a Benchmark for Power System Simulation Studies of Three-Phase
Single-Stage Photovoltaic Systems”, TF on Modeling and Analysis of Electronically-Coupled Distributed Resources
IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 26, No. 2, April 2011.
Modelo Equivalente
175
onde
• G é a irradiação solar
• T é temperatura da célula
Diagrama esquemático da ponte 
inversora 
176
onde
• G é a irradiação solar
• T é temperatura da célula
Possíveis Localizações
1MW no 
Alimentador 1
Configuração simultânea 
solicitada
400kW no 
Alimentador 2
550kW no 
Alimentador 3
Possíveis LocalizaçõesEfeito das Nuvens
Em 10 minutos
400kW – 40kW – 400kW
Em 10 minutos
550kW – 55kW – 550kW
Efeito das Nuvens (cont.)
Tempo (min)
Potência (kW)
10
40
55
400
550
Possíveis LocalizaçõesEfeito das Nuvens (cont.)
Em 10 minutos
400kW – 40kW
Em 10 minutos
550kW – 55kW
Efeito das Nuvens (cont.)
Tempo (min)
Potência (kW)
10
40
55
400
550
Sistema Teste – Urbano
182
BUS-SE-MT
13800.0 V
S
P
TRAFO-SE
20000.0 kVA /
25000.0 kVA
BCP -SE-1
2400.0 kvar
DJ-TF
BUS-SE-AT
138000.0 V
EQ-SISTEMA
250.000 MVA
225.000 MW
RELE-TF
DJ-AL1
RELE-AL1
LOAD-AL1.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL1.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
DJ-AL2
RELE-AL2
LOAD-AL2.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL2.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
DJ-AL4
RELE-AL4
LOAD-AL4.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL4.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
DJ-AL3
RELE-AL3
LOAD-AL3.1
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.2
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.3
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.4
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.5
843.7 kW
PF 0.90 Lag
LOAD-AL3.6
843.7 kW
PF 0.90 Lag
BUS-AP MT01
13800.0 V
BUS-AP MT02
13800.0 V
S
P
TF-LINK
3000.0 kVA /
4000.0 kVA
GEN-AP
5.000 MVA
4.000 MW
LEQ-APBT01
350.0 kW
PF 0.95 Lag
RELE-AP
DJ-BCP
RELE-BCP
BCP -AL3-2
1200.0 kvar
BCP -AL3-1
1200.0 kvar
BCP -AL2-1
600.0 kvar
BCP -AL4-1
600.0 kvar
BCP -AL4-2
600.0 kvar
S
P
RT-AL4
5234.6 kVA /
5234.6 kVA
BUS-AP BT01
480.0 V
S
P
TF-APEQ1
3000.0 kVA /
3000.0 kVA
MEQ-APBT01
1400.0 kW
PF 0.80 Lag
LEQ-APBT02
350.0 kW
PF 0.95 Lag
BUS-AP BT02
480.0 V
S
P
TF-APEQ2
3000.0 kVA /
3000.0 kVA
MEQ-APBT02
1400.0 kW
PF 0.80 Lag
AL-1.1
AL-1.2
AL-1.3
AL-1.4
AL-1.5
AL-1.6
AL-2.1
AL-2.2
AL-2.3
AL-2.4
AL-2.5
AL-2.6
AL-3.1
AL-3.2
AL-3.3
AL-3.4
AL-3.5
AL-3.6
AL-4.1
AL-4.2
AL-4.3
AL-4.4
AL-4.5
AL-4.6
AL-BCP
3#4/0 CA
5.0 m
BUS-BCP-SE
13800.0 V
AL-AP
BCP -SE-2
2400.0 kvar
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15 21
2216
17
18
20
19
23
24
25
26
27
35
37
36
38
Sistema Teste – Urbano
183
SE Urbana com 
Duas Plantas 
Fotovoltaicas
184
Influência da ligação dos 
transformadores de 
acoplamanto
185
Configurações em Análise
186
Fonte: P. Barker
Sobretensões devido a presença 
de GD 
• Sobretensões nas fases sãs, no caso de curto-circuito 
monofásico.
187
Fonte: P. Barker
Configuração 1 (Yg/Delta) 
• Vantagens
– Configuração eficaz de aterrar o gerador
– Proporciona bom isolamento do gerador nos cc com envolvimento 
da terra no lado da concessionária
– Isolamento do terceiro harmônico do/para o gerador
• Desvantagens
– Pode dessensibilizar relés de neutro da concessionária
– Pode manter correntes de sequência zero em regime permanente 
nos enrolamentos do Delta
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Nota: Considerada por muitos como a melhor configuração.
Configuração 2 (Yg/Yg) 
• Vantagens
– Configuração muito eficaz de aterrar o gerador em relação à 
concessionária (desde que, obviamente, o gerador seja aterrado)
• Desvantagens
– Alguns geradores não são aterrados
– Terceiro harmônico do/para o gerador não é filtrado
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Configurações 3 (Delta/Yg) e 4 (Delta/Delta)
• Vantagens
– Têm menos interferência na proteção de terra da concessionária
– Filtram terceiro harmônico do/para o gerador
• Desvantagens
– Não proporcionam terra eficaz para a concessionária 
independentemente se o gerador é aterrado ou não
– Não devem ser usados se a rede elétrica é de quatro fios com 
neutro aterrado.
– Sobretensão nas fases sãs nos cc monofásicos onde o neutro é 
aterrado e há abertura do disjuntor da concessionária antes da 
abertura do disjuntor da GD (tensões de fase virando tensões de 
linha) 
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