Plano de Monografia - Daniel H Pires

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
ESPECIALIZAÇÃO EM EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E GERAÇÃO DISTRIBUÍDA
EFEITO DAS CURVAS DE INSOLAÇÃO NA DISTORÇÃO HARMÔNICA DE
USINAS SOLARES E SEUS IMPACTOS EM EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
CURITIBA
2021
DANIEL HENRIQUE PIRES - GRR201800078687
EFEITO DAS CURVAS DE INSOLAÇÃO NA DISTORÇÃO HARMÔNICA DE
USINAS SOLARES E SEUS IMPACTOS EM EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
Plano de Trabalho para Monografia
apresentada como requisito parcial à
obtenção do título de Especialista,
Curso de Especialização em
Eficiência Energética e Geração
Distribuída, Departamento de
Engenharia Elétrica, Setor de
Tecnologia da Universidade Federal
do Paraná.
Orientador:
Prof. Dr. Mateus Duarte Teixeira
CURITIBA
2021
SUMÁRIO
1 MOTIVAÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DO TEMA 3
2 OBJETIVOS 4
3 DESCRIÇÃO SUCINTA DAS TEORIAS E TÉCNICAS UTILIZADAS 5
4 METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO E RECURSOS NECESSÁRIOS 6
5 RESULTADOS FUNDAMENTAIS A SEREM ATINGIDOS 7
6 CONTRIBUIÇÃO ESPERADA E IMPORTÂNCIA DO PROJETO PARA A
FORMAÇÃO DO AUTOR 8
7 BIBLIOGRAFIA A SER UTILIZADA 9
8 CRONOGRAMA 10
1 MOTIVAÇÃO PARA O DESENVOLVIMENTO DO TEMA
O sistema elétrico nacional vem recebendo diversos novos pontos de
geração, principalmente de fontes renováveis como solar fotovoltaica e eólica. Para
o caso da solar fotovoltaica (PV), a maior parte das instalações encontram-se nas
grandezas de micro e minigeração. Atualmente o Brasil ultrapassou a marca dos 470
mil sistemas PV, segundo o portal da Associação Brasileira de Energia Solar
Fotovoltaica (ABSOLAR). Com essa grande penetração de geração distribuída (GD)
é possível vislumbrar diversas vantagens nos aspectos econômicos e ambientais,
como a descentralização da geração, diminuindo gastos com o transporte de energia
e alívio da geração por combustíveis fósseis, reduzindo as emissões de carbono.
Porém, com essa crescente modificação do sistema elétrico, novos estudos e
pesquisas devem ser realizados para estabelecer estratégias que mantenham o
sistema elétrico operando de forma segura. O acoplamento de geração que
necessita de inversores de frequência para a injeção da energia na rede comum,
como é o exemplo da solar PV, traz algumas desvantagens como a dependência de
referência de frequência e tensão para a transformação da forma de onda e com
isso as distorções harmônicas provenientes da mudança de corrente contínua
gerada pelas placas PV para corrente alternada do sistema elétrico de distribuição.
Os estudos propostos para a monografia, visam avaliar os impactos
referentes às distorções harmônicas da rede elétrica do Centro Politécnico (CP),
campus da Universidade Federal do Paraná (UFPR), onde atualmente encontra-se
instalado um sistema de geração PV dividido entre 43,5 kWp no telhado do prédio
do Departamento de Engenharia Elétrica (DELT) e 1 MWp em estrutura carport no
estacionamento do prédio do Setor de Ciências Biológicas.
2 OBJETIVOS
O objetivo geral desta pesquisa é relacionar as distorções harmônicas
geradas pelos inversores de frequência da usina PV com a variação da insolação e
identificar os impactos nos demais equipamentos elétricos instalados.
Para atender a este objetivo geral, será necessário atender aos seguintes
objetivos específicos:
● Determinar quais são os níveis de distorções harmônicas admissíveis
atualmente pela regulamentação pertinente;
● Analizar as medições das distorções para diferente cenários de insolação;
● Identificar os principais impactos comuns das distorções nos equipamentos
elétricos.
● Analisar soluções tecnológicas para redução dos impactos das distorções
harmônicas.
3 DESCRIÇÃO SUCINTA DAS TEORIAS E TÉCNICAS UTILIZADAS
O princípio da geração PV baseia-se no efeito fotoelétrico, descoberto por
Heinrich Hertz em 1887. Esse efeito ocorre quando as placas solares, geralmente
compostas por células de silício que formam cadeias em série e paralelo, recebem
luz. A incidência de luz resulta em um movimento contínuo dos elétrons, gerando
assim a corrente elétrica contínua (CC).
Porém, atualmente o padrão de distribuição de energia elétrica para
residências, comércio e indústria ocorre em corrente elétrica alternada (CA). Para
que a energia gerada pelos painéis PV possa ser consumida e distribuída pelo
Sistema Interligado Nacional (SIN) ela deve ser convertida através de inversores de
frequência para corrente alternada.
Os inversores de frequência para sistemas PV realizam essa conversão
obtendo uma referência de tensão e frequência da rede onde a energia será
injetada, e com o chaveamento de componentes de eletrônica de potência, como
transistor bipolar de porta isolada (IGBT), transistor comutável por porta integrada
(IGCT) e transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido de metal
(MOSFET), modulam a forma de onda da corrente de saída para uma senóide
visando atender os níveis de tensão e frequência obtidos pela referência.
Porém, durante a conversão CC CA devido ao chaveamento dos
componentes eletrônicos listados acima, distorções harmônicas são incorporadas à
corrente senoidal padrão do sistema de distribuição de energia. Essas distorções
harmônicas podem resultar em diversos problemas aos equipamentos elétricos, bem
como queima de componentes eletrônicos e aquecimento de condutores, conectores
e transformadores.
4 METODOLOGIA DE DESENVOLVIMENTO E RECURSOS NECESSÁRIOS
Com base nos regulamentos atuais estabelecidos pela Agência Nacional de
Energia Elétrica (ANEEL) será levantado os níveis aceitáveis de distorções
harmônicas para o ponto de acoplamento comum (PAC), e comparado com os níveis
gerados pela usina PV em seu ponto de injeção.
Para que seja possível mensurar e analisar a presença de distorções
harmônicas geradas pela usina PV do CP será necessário realizar diversas
medições com analisador de energia e Unidades de Medição Fasorial (PMU) . Essas
medições devem ser realizadas com as mais diversas condições de insolação.
Juntamente com outros equipamentos e softwares disponibilizados pelo Laboratório
de Geração Distribuída, será possível verificar a grandeza, ordem e percentual das
distorções harmônicas injetadas.
Após o levantamentos das distorções harmônicas e a comparação com os
níveis estabelecidos pela regulamentação atual, serão analisados os impactos que
essas distorções podem resultar nos equipamentos ligados ao sistema,
principalmente aos que se encontram na mesma barra de injeção de potência da
usina PV.
5 RESULTADOS FUNDAMENTAIS A SEREM ATINGIDOS
Na busca de soluções para os objetivos propostos, os resultados a serem
alcançados são:
● Apresentar soluções para o campus em relação à injeção de
distorções harmônicas provenientes da usina PV;
● Possibilitar um melhor entendimento do perfil de geração do Campus
CP da UFPR para diferentes insolações;
● Realizar análise técnica para os objetivos descritos.
6 CONTRIBUIÇÃO ESPERADA E IMPORTÂNCIA DO PROJETO PARA A
FORMAÇÃO DO AUTOR
Com o avanço da penetração da Geração Distribuída, sendo que para os
grandes centros o principal modelo adotado é o solar fotovoltaico, através do uso de
inversores, é de muito interesse que estudos dos impactos das harmônicas sejam
desenvolvidos. Portanto, o trabalho a ser desenvolvido deverá trazer uma visão mais
analítica e experimental de como as usinas PV se comportam para diferentes níveis
de insolação e se essa variação contribui para um sistema mais poluído do ponto de
vista relacionado com as distorções harmônicas.
Particularmente, o desenvolvimento dessa pesquisa tem como objetivo a
ampliação dos conhecimentos de qualidade de energia permeando o assunto de
distorções harmônicas, bem como o desenvolvimento de soluções para a filtragem
das mesmas. Levando em conta conhecimentos técnicos e regulatórios.
7 BIBLIOGRAFIA A SER UTILIZADA
P. S. Pawar. A Review On Harmonic Reduction Techniques in Three-Phase
Power Generation in PV Solar Plants. India 2019.
S. A. Ingewar, P. Mandvikar e Y. Dhakate. Solar Inverter Connected with Grid.
IJIRT Abril2020.
S. M. R. Sanhueza e A. Monteiro Júnior. Uma Nova Proposta para Análise de
Distorção Harmônica em Circuitos Alimentadores. Brasil. CBQEE 2013.
C. V. M. Silva. Afundamentos de Tensão na Presença de Geração Distribuída.
Brasil. Porto Alegre 2014.
G. A. Rampinelli, J. B. Dias e A. Krenzinger. Ensaios de Inversores para Conexão
à Rede: Fator de Potência e Distorção Harmônica. Brasil. Florianópolis 2008.
T. Gajpal e N. Hedua. A Comparative Survey On Harmonic Optimization Of
Multilevel Inverter. India 2016.
S. Sumathi, L. A. Kumar e P. Surekha. Solar PV and Wind Energy Conversion
Systems. An Introduction to Theory, Modeling with MATLAB/SIMULINK, and the
Role Of Soft Computing Techniques.Green Energy and Technology. Spring. 2015.
M. I. Dobes. Estudo em Instalações Elétricas Hospitalares para Segurança e
Funcionalidade de Equipamentos Eletromédicos. Brasil. Florianópolis 1997.
8 CRONOGRAMA
Etapas JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Definição do
Plano de trabalho 
Revisão
Bibliográfica 
Obtenção dos
níveis de
irradiação do CP
Medições nos
pontos de
conexão dos
inversores
Análise dos níveis
de distorção
obtidos 
Dimensionamento
de solução
Documentação e
escrita da
monografia 
Análise dos
resultados e
devidas correções
Entrega da
Monografia 
Defesa da
Pesquisa 
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Eng. Daniel Henrique Pires
Orientando
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Prof. Dr. Mateus Duarte Teixeira
Professor Orientador