Análise de impactos elétricos gerados pela penetração de veículos elétricos nas redes de distribuição de baixa tensão

Abstract

Os veículos elétricos (VEs) vêm se tornando uma das opções para a mobilidade urbana com o crescimento das vendas globais e a disseminação de sua utilização para usuários no nível residencial. Esta disseminação abre margem para que os carregamentos dos VEs sejam realizados em tomadas de alimentação residenciais, o que motiva estudos que visem avaliar a demanda elétrica solicitada por tais conexões. Uma das preocupações com relação aos VEs está relacionada aos impactos elétricos que a sua penetração pode gerar aos componentes que constituem as redes de distribuição de energia elétrica e aos seus indicadores, tais como: nível e desequilíbrio de tensão e perdas técnicas. Nesta dissertação é apresentada uma metodologia para avaliar os impactos elétricos que podem ser gerados na rede de distribuição de baixa tensão quando da conexão dos VEs para efetuar recarga de suas baterias. Esta metodologia é apoiada por um algoritmo que foi desenvolvido no programa MATLAB® para determinar curvas de probabilidades de estado do veículo (carregando, dirigindo ou estacionado), baseado no Método de Monte Carlo (MMC), pela estimativa de curva de carga de unidades consumidoras e transformadores e pelo método de fluxo de potência Backward-Forward Sweep. A metodologia é aplicada em uma rede de distribuição real de baixa tensão com 45 unidades consumidoras, alimentadas por três unidades transformadoras. As estratégias de recarga dumb charging e valley charging foram utilizadas para estimar os impactos elétricos na rede, com penetração de 20% e 40% de VEs. Na estratégia dumb charging foi verificado sobrecarga no transformador de distribuição mesmo com a penetração de 20% de VEs; já na estratégia valley charging, pôde-se observar que o desequilíbrio de tensão ultrapassou os limites regulamentados pela Agência Nacional de Energia Elétrica.<br>

Abstract: Electric vehicles (EVs) are becoming an option for electrifying urban mobility. Their global sales are growing and their use by ordinary users is becoming more popular. This growth increases the number of EVs that charge using residential power plugs, thereby motivating studies to evaluate the electrical demand generated by these connections. One concern with regard to EVs is how they will affect the components that make up electricity-distribution networks and their indicators, such: voltage level and technical loses. This work presents a methodology to assess the impact of Electric Vehicles (EVs) that recharge their batteries, on the load curve of a low-voltage distribution network. This approach is supported by an algorithm that was developed using the MATLAB® program to determine the vehicle state-probabilities curve (charging, driving or parking), based on the Monte Carlo method, and estimate the load curve of consumer units and transformers and by the Backward-Forward Sweep power flow method. The methodology is applied using a real distributing low-voltage network, which serves forty-five consuming units, fed by three transformers units. The dumb charging and valley charging strategies were used to estimate the electrical impacts on the grid, with 20% and 40% EV penetration. In the dumb charging strategy it was verified overload in the distribution transformer even with 20% penetration of EVs; in the valley charging strategy, it was observed that the voltage imbalance exceeded the limits regulated by National Electricity Agency.