cargas atuais e futuras (?) e impactos no sistema de...

Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc. <[email protected]>

Cargas atuais e futuras (?) e

impactos no sistema de energia Eletrônica de Potência para

Redes Ativas de Distribuição

Revisão (Smart Grid)

2 C. Develder, et al., "Smart Grids & The role of ICT", SmartGridCom 2010

Arquiteturas para o Smart Grid


Funções para o Smart Grid


Primeira rede elétrica no Brasil

— Iluminação da Central do Brasil, Rio de Janeiro

— Decreto 7151 do império em 1878 (D. Pedro II)

— Rede:

• “Velas” inventadas por Paul Jablochkoff

• Alimentadas por dínamo de Zénobe Gramme

Fonte: http://www.theiet.org/about/libarc/archives/biographies/jablochkoff.cfm

Fonte: http://pixii.com/gramme1.jpg 5




— Rede:





Estabilidade:

Balanço entre fornecimento e demanda !




— Rede:





Estabilidade:


Nesta rede:

Se sabia exatamente qual era a demanda.




— Rede:





Estabilidade:


Nesta rede:

Se sabia exatamente qual era a demanda.

E no Smart Grid?

Fundamentos do sistema elétrico

— Geração e demanda devem estar equilibrados

— Operadores tem controle limitado sobre a demanda

— Estabilidade é resultado de:

• Série de ações preditivas na geração/transmissão

• Série de ações corretivas na geração/transmissão

• Em emergências, desligam-se cargas (linhas)

— Religamento é complexo e demorado

9

Fundamentos do sistema elétrico

— Objetivos do sistema elétrico:

• Regulação de tensão

• Regulação de frequência

— Consequência:

• É necessário prever faixas de operação para os

equipamentos

10

11 INEP

Faixas de variação de tensão

— IEC

— ANEEL (Resolução Normativa ANEEL nº 395 de 15.12.2009)

11

192188 196 200 204 208 212 216 220 224 228 232[V]236

Faixa de valores precários

Faixa de valores adequados

12 INEP

Faixas de variação de frequência

— IEC 61000-2-2

• ±1 Hz

— ONS (Submódulo 2.8 – Gerenciamento dos indicadores de

desempenho da rede básica e dos barramentos dos

transformadores de fronteira, e de seus componentes)

12

13 INEP

Eletrodomésticos

T. Joseph Lui, Warwick Stirling, and Henry O. Marcy, “Get Smart,” 2010. 13

14 INEP

Eletrodomésticos


15 INEP

Eletrodomésticos


16 INEP

Eletrodomésticos


17 INEP

Eletrônicos

Energy saving trust, “The ampere strikes back How consumer electronics are taking over the world,” 2007. 17

18 INEP

Fontes de alimentação

— 2002: > 6 bilhões de fontes no mundo

— Previsão:

• 2010-2020 => 30% a 50% do consumo global

será com equipamentos de ICT

Fontes: M. Mills and P. Huber, “Dig more coal|the pcs are coming," Forbes, 1999.

Tren, “Battery chargers and external power supplies," Bio Intelig. Service, 2006. 18

19 INEP

Fontes de alimentação

— Fontes chaveadas não têm muitos problemas com:

• Variações de tensão

• Variações de frequência

— A maioria utiliza alguma espécie de processamento de

dados que poderia ser utilizado para tornar um

equipamento mais “smart”

19

20 INEP

Gestão de carga (“Demand response”)

— O que é?

• Ajuste de utilização de cargas, voluntário e

temporário como resposta a um sinal do sistema

• Ex.: preço, emergência, conscientização

— Dois tipos:

• Controle direto de cargas (Direct Load Control)

• Resposta a variações de preço

— Tecnologia habilitadora:

• Automação (baseada em regras)

— Fica sujeita à influências humanas

• A vontade do usuário deve prevalecer

20

21 INEP

Demand response por preço

21 Fonte: http://www.gdfsuezenergyresources.com/Prodserv/prodserv_dr.aspx

— Integração de controles inteligentes para as cargas

Home Area Networks (HAN)

22 http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=784_LPBBGREENBEE

— Redes de:

• Energia

• Informação

• Controle

HAN

23 http://www.advantech.com/solutions/eHome/scenario.asp?Category_ID=1-EDZ11

Popularização de veículos elétricos

24

25 INEP

Previsão de vendas

25 http://vancouver.ca/sustainability/electric_benefits.htm Fonte: Frost and Sullivan

26 INEP

Previsão de vendas

26 Fonte: Hybridcars.com

Tipos de veículos (ou “sopa de letrinhas”)

27 http://vancouver.ca/sustainability/documents/ElectricVehicleClassificationTable.pdf

Tipos de veículos

28 http://vancouver.ca/sustainability/documents/ElectricVehicleClassificationTable.pdf

Tipos de veículos

29 http://www.dolcera.com/wiki/index.php?title=Image:EV_vechicle_types.jpg

Classificação dos veículos elétricos

30

Arquiteturas de potência

31

Eletrônica em veículos elétricos

32

Eletrônica de potência em PHEV

33 J. Gover, “A Tutorial on Hybrid Electric Vehicles: EV, HEV, PHEV and FCEV”.

Eletrônica de potência em PHEV

34 J. Gover, “A Tutorial on Hybrid Electric Vehicles: EV, HEV, PHEV and FCEV”.

Potência típica: 6 kW

— Integrar veículos à rede não só como cargas, mas

também como armazenamento de energia

— Objetivo: reduzir o impacto de veículos elétricos na

rede elétrica

O conceito Vehicle-to-Grid (V2G)

35

— Armazenamento de energia

— Carregador – On-board/Off-board

— Conectores e cabos

— Equipamentos de energia no EV

— Medidores avançados

— Home Area Networks

— Estacionamentos e vizinhanças em geral

— Prédios

— Algortimos de controle/comunicação

Infraestrutura para o V2G

36

37 INEP


– Componentes:

• Baterias

• BMS (Sistema de

gerenciamento de

bateria)

• Carregador de bateria

(CA-CC)

• Inversor (CC-CA)

• Controlador

• GPS

• Medidor

– Fora do carro:

• Medidor inteligente

• Rede elétrica

37

38 INEP


– Agregador: provedor de

serviço responsável por

receber informações dos

veículos e tomar

decisões

38

Aplicação típica em Smart grids

39 http://www.zdnet.com/blog/emergingtech/hybrid-cars-and-the-power-grid/862

http://elpc.org/category/smart-

transportation/ev

a) Business-as-usual

b) Local energy control

c) Iterative global energy controller

Estratégias para o V2H

40 Mets et al., “Optimizing Smart Energy Control Strategies forPlug-In Hybrid Electric Vehicle Charging,” 2010.

Possível impacto do V2H


— Dois grupos:

• Grupo I: retificador trifásico (6 kW)

• Grupo II: retificador monofásico (3 kW)

• Grupo III: retificador trifásico (20 kW)

— Projetar retificadores para carregar baterias de 280 V

— Prever correção do fator de potência e

bidirecionalidade

— Modelar e simular os circuitos

• Carregando as baterias (nesta etapa)

• Injetando energia na rede (FUTURO)

Tarefa 1

44

— Preparar apresentação de artigos para seminário

Tarefa 2

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