Entendendo o deslocamento do vetor de tensão

A proliferação da geração distribuída (GD) em toda a rede é um tema constante nas redes de distribuição de eletricidade de todo o mundo.

Esse aumento na GD garante um método para descarbonização da cadeia de fornecimento de energia, mas, ao mesmo tempo, cria desafios técnicos para os provedores de serviços de rede de distribuição ou operadores de rede. Esses grupos têm lidado com os desafios de ilhamento de rede e fluxo de energia bidirecional em redes originalmente projetadas com geração centralizada em mente.

Um desafio frequentemente citado com a GD é o conceito de ilhamento, como citamos em nosso conteúdo sobre ROCOF (leia aqui), em que uma parte de uma rede de distribuição se desconecta da rede principal, permanecendo operacional. Há um debate sobre se isso deve ser permitido ou ser tratado como uma questão de segurança, mas o amplo consenso das concessionárias de hoje é que as ilhas devem ser detectadas e desligadas sob ocorrência – ou seja, que a GD está boa, desde que a rede permaneça interconectada. A principal motivação para esse ponto de vista é a segurança, especificamente a mitigação de um cenário em que os operadores presumam que as linhas estão desenergizadas quando, na verdade, podem permanecer energizadas por outras fontes.

E, assim, surgiram técnicas de proteção anti-ilhamento, amplamente classificadas em categorias ativas ou passivas. Técnicas anti-ilhamento ativas tentam influenciar a rede de geração de energia, sob a suposição de que essas mudanças devem ser sobrepujadas pela inércia da rede se ainda estiverem conectadas. Se a fonte de GD for capaz de alterar significativamente a qualidade do fornecimento, pode-se presumir que ela tem "energia demais", o que significa que agora tem controle do fornecimento local e uma ilha se formou. Essas técnicas funcionam bem, mas estão confinadas aos inversores propriamente ditos.

Técnicas passivas incluem ROCOF e VVS – elementos que monitoram a frequência e a tensão do sistema para determinar se há ocorrência. Enquanto o ROCOF se preocupa com a incompatibilidade de frequência causada por uma incompatibilidade de carga e geração em um cenário de ilha, o Deslocamento do Vetor de Tensão analisa especificamente o ângulo de fase da tensão, medido no ponto de conexão da rede.

O princípio operacional entre esses dois recursos tem algo em comum: ambos os elementos de proteção assumem que a ilha de GD e a carga são inerentemente incompatíveis. Enquanto o ROCOF usa a expectativa de que a frequência cairá ou aumentará dependendo da carga na ocorrência de ilhamento, o DVT assume que a quantidade de saída de energia demandada pelo gerador (excesso ou déficit) causará uma mudança imediata do ângulo de tensão que sai do gerador.

A proteção do VVS verifica cada meio ciclo de tensão no ponto de medição. Com o meio ciclo de tensão anterior como referência, a função compara o nível de mudança de tensão entre ciclos de tensão consecutivos. Sob ilhamento, a expectativa geral é que essa mudança seja maior que 12 graus (um padrão de ponto de ajuste comumente citado para VVS), para o qual o relé VVS inicia um disparo.

Essa associação com a comparação entre cada ciclo individual pode tornar o VVS um dispositivo de proteção muito rápido, mas a principal ressalva em sua operação é a incompatibilidade de rede. Mais uma vez, assim como ocorre com o ROCOF, esses recursos de proteção são considerados o padrão para conexão de GD, mas compartilham uma zona de não detecção quando a carga e a geração local são muito próximas. Na realidade, apesar da velocidade da operação do VVS, um aumento de saída do gerador de 66% pode resultar em apenas um deslocamento de ângulo de pouco mais de 6 graus (Dysko © 2013).

Sendo assim, a análise de cenário de rede deve garantir que as configurações de proteção aplicadas considerem a provável mistura de carga/geração no surgimento de uma ilha de rede. Esses sistemas de proteção são eficazes, mas uma análise apropriada precisa ser aplicada.

“O deslocamento do vetor de tensão é outra ferramenta importante disponível para os engenheiros de proteção de nossos clientes para auxiliar na desconexão da geração distribuída em condições de ilhamento,” comenta o diretor geral do Grupo NOJA Power, Neil O'Sullivan.

“Nossos produtos são cada vez mais usados como ponto de conexão para energia renovável em larga escala para a rede de distribuição, para os quais esses elementos de proteção são ferramentas essenciais.”

VVS e ROCOF continuam sendo os principais recursos da conexão de GD, e o sistema de Religadores OSM da NOJA Power pode ser fornecido com esses dois recursos como padrão. Para locais de energia renovável e GD, o Religador OSM da NOJA Power, com suas características ecológicas e livre de SF6, pode ser usado como ponto de conexão à rede, em cumprimento das obrigações de proteção da conexão de geração de energia renovável. Este modelo integrado reduz os custos de comissionamento, simplifica a instalação e melhora o período de retorno de novos locais de geração de energia renovável.

Referências
Dysko, A. (2013), Loss of Mains Protection, University of Strathclyde Engineering presentation.

NOJA Power © 2020, Manual do Usuário do Religador OSM, Documentação Técnica da NOJA Power.