Análise da influência da energia solar e eólica nas características de qualidade de energia elétrica: um estudo de caso

Abstract

Nas últimas décadas, a matriz elétrica brasileira tem passado por uma significativa diversificação com a inserção massiva de fontes renováveis intermitentes, como a eólica e a solar fotovoltaica. Por outro lado, a conexão destas fontes através de conversores eletrônicos introduz desafios técnicos complexos para a operação do sistema. Com o aumento da exigência por confiabilidade na Rede Básica, torna-se essencial monitorar como a variabilidade de geração impacta a estabilidade da rede. Diante disso, realizou-se um estudo comparativo para quantificar e analisar a severidade dos distúrbios de Qualidade da Energia Elétrica (QEE) causados pela conexão de uma central eólica (138 kV) e uma central solar (300 kV). Este trabalho foi dividido em etapas de fundamentação normativa, coleta de dados de medição de sete dias consecutivos e análise de indicadores de tensão em regime permanente, frequência, desequilíbrio, flicker e distorção harmônica, baseando-se nos limites do Submódulo 2.9 dos Procedimentos de Rede do ONS. A distorção harmônica total de tensão manteve-se expressivamente abaixo do limite regulatório de 3,0%, atingindo percentuais máximos de 1,66% na usina eólica e 0,76% na solar. O desequilíbrio de tensão na central eólica indicou alta simetria (0,89%), enquanto o registro de 2,26% na usina solar foi tecnicamente justificado por condições pré-existentes de cargas da rede. A variação de Frequência atestou a eficácia das malhas de sincronismo (PLL) dos conversores, mantendo a estabilidade na faixa de 59,922 Hz a 60,1028 Hz. Os indicadores de tensão em regime permanente permaneceram inofensivos e estritamente abaixo dos limites para tensão precária e crítica (3,0% e 0,5%). Por fim, evidenciou-se que as quedas abruptas no Fator de Potência (atingindo mínimos de 0,15 e 0,19) concentram-se exclusivamente nos momentos de transição de potência nula, caracterizando-se como um fenômeno matemático inerente aos inversores e inofensivo à estabilidade do sistema. Conclui-se, assim, que este estudo de caso não apresentou os problemas evidenciados na literatura.

In recent decades, the Brazilian electrical matrix has undergone significant diversification with the massive insertion of intermittent renewable sources, such as wind and solar photovoltaic power. On the other hand, the connection of these sources through power electronic converters introduces complex technical challenges for system operation. With the increasing requirement for reliability in the Basic Grid, it becomes essential to monitor how generation variability impacts grid stability. In view of this, a comparative study was carried out to quantify and analyze the severity of Electric Power Quality (PQ) disturbances caused by the connection of a wind power plant (138 kV) and a solar plant (300 kV). This work was divided into stages of normative foundation, collection of measurement data over seven consecutive days, and analysis of steady-state voltage, frequency, unbalance, flicker, and harmonic distortion indicators, based on the limits of Submodule 2.9 of the ONS Grid Procedures. The total harmonic voltage distortion remained significantly below the regulatory limit of 3.0%, reaching maximum percentages of 1.66% at the wind power plant and 0.76% at the solar plant. The voltage unbalance at the wind power plant indicated high symmetry (0.89%), while the 2.26% record at the solar plant was technically justified by pre-existing grid load conditions. The frequency variation attested to the effectiveness of the converters' Phase-Locked Loop (PLL) synchronization, maintaining stability in the range of 59.922 Hz to 60.1028 Hz. The steady-state voltage indicators remained harmless and strictly below the limits for precarious and critical voltages (3.0% and 0.5%). Finally, it was evident that the abrupt drops in the Power Factor (reaching minimums of 0.15 and 0.19) are exclusively concentrated in the moments of zero power transition, characterizing a mathematical phenomenon inherent to the inverters and harmless to the system's stability. It is concluded, therefore, that this case study did not present the problems evidenced in the literature.