Modelagem de centrais fotovoltaicas no fluxo de potência ótimo trifásico para análise de sistemas desbalanceados

Abstract

A conexão de fontes de geração fotovoltaica aos sistemas de distribuição pode ter impactos positivos como negativos que precisam ser estudados. Na maioria das aplicações dos sistemas fotovoltaicos conectados a um sistema de transmissão ou distribuição de energia elétrica, os inversores são ajustados de forma que somente seja fornecida potência ativa à rede, funcionando assim como fator de potência unitário. Ao se adotar esta estratégia de ajuste dos inversores, tornam-se difíceis ações de controle necessárias para a operação do sistema dentro das normas estabelecidas. Entre os critérios de desempenho mais importantes estão a operação do sistema com o mínimo desequilíbrio de tensão e as mínimas perdas possíveis. Neste trabalho propõe-se operar as centrais fotovoltaicas conectadas à rede tanto com fator de potência unitário, como com fator de potência ajustável para avaliar seu impacto no desequilíbrio de tensão e nas perdas em sistema de distribuição. Vale ressaltar que este tipo de operação necessita ferramentas computacionais mais robustas, capazes de coordenar as ações de controle possíveis com a inserção das usinas fotovoltaicas, de forma a otimizar a operação do sistema de distribuição. Portanto, este trabalho apresenta um fluxo de potência ótimo trifásico (FPOT) com representação das centrais fotovoltaicas. O FPOT é formulado por equações de balanço de correntes e cada central é modelada a partir de um circuito equivalente para a célula fotovoltaica. O método primal dual de pontos interiores é empregado para obter as condições ótimas de operação dos sistemas para diferentes cenários de irradiação solar e temperatura, fornecendo, desta forma, uma visão detalhada do impacto da geração distribuída.

Abstract: The connection of photovoltaic generation sources to distribution systems can have positives as well as negative impacts that need to be studied. In most applications of photovoltaic systems connected to a power transmission or distribution systems, the inverters are adjusted so that only active power is supplied to the grid, thus operating with unit power factor. If such strategy is adopted for inverter adjustments, it becomes difficult to control the system within internationally established standards. Among the most important performance criteria are the operation of the system with the minimum voltage unbalance and minimum possible losses. In this work, grid-connected photovoltaic power plants are supposed operate with unit and adjustable power factor to evaluate their impact on voltage unbalance and losses in distribution systems. It is worth mentioning that this type of operation requires more robust computational tools, capable of coordinating the possible control actions with the insertion of the photovoltaic plants, in order to optimize the operation of the distribution system. Therefore this work presents a TOPF (three-phase optimal power flow) with photovoltaic power plants representation. The TOPF is formulated using current balance equations, and each plant is modeled from an equivalent circuit for the photovoltaic cell. The primal-dual interior point method is employed to obtain optimal operating conditions of the systems for different scenarios of solar irradiation and temperature, thus providing a detailed view of the impact of distributed generation.