Análise Simulada do Impacto da Disseminação de Geração Baseada em Fontes de Energia Renovável Variável na Resposta Inercial de um Sistemas de Energia Elétrica de Teste

Abstract

A estabilidade dos sistemas de energia elétrica é um dos requisitos fundamentais para o seu funcionamento fiável, eficiente e económico. Os sistemas de energia convencionais evoluíram para sistemas de grandes dimensões e altamente interligados, com maior produção de energia baseada em fontes de energia renovável e dispositivos de eletrónica de potência cada vez mais complexos, tendo um funcionamento de constante mudança. Apesar das fontes de energia renovável contribuírem para a redução da poluição a nível global, a sua disseminação cada vez mais elevada, tem criado obstáculos para o adequado comportamento dos sistemas, alguns dos quais serão abordados ao longo deste documento. Como é sabido, a inércia e a resposta inercial dos sistemas são duas componentes essenciais para o bom funcionamento dos sistemas, em termos de estabilidade de frequência, na ocorrência de eventos diversos. No entanto, o aumento de fontes baseadas em energia renovável, eólica e solar fotovoltaica, tem criado alguma preocupação aos operadores de sistema uma vez que têm menor inercia, disponibilizando, desta forma, menor resposta inercial, comparando com geradores convencionais (baseados em máquinas síncronas). Pretendeu-se com este trabalho, primeiramente analisar o impacto da disseminação das fontes de energia renováveis com baixa inercia (eólica e solar fotovoltaica) na resposta do sistema, perante eventos que causem desequilíbrios entre geração e procura (perda de geração, curto-circuitos em barramentos/linhas, perda de carga). Segundamente, utilizando as contribuições das diferentes tecnologias de geração (eólica, solar e síncrona) verificadas em 2020 e previstas para 2030 no sistema de energia elétrico português, procurou-se replicar o sistema. Desta forma, avaliou-se a sua resposta e tentou-se perceber até que ponto, o sistema atual está preparado para lidar com as alterações que vão existir com a entrada das novas normas de ligação à rede das fontes de energia renovável variável. Para tal, após ser caraterizado detalhadamente, no estado de arte, o tipo de tecnologias e requisitos regulatórios, recorreu-se à ferramenta de simulação PowerWorld para avaliar o impacto que as novas normas podem ter para o futuro do sistema. Este trabalho permitiu concluir que, apesar dos elevados níveis de disseminação de fontes de energia renovável e consequente diminuição de inércia no sistema, é possível que o sistema apresente respostas adequadas perante diversos eventos. Para além disso, também se concluiu que, apesar da inércia ser um fator importante para a estabilidade do sistema, existem outros fatores que têm de se ter em conta. Por fim, foram realizadas ações de gestão da procura para tentar melhorar a resposta do sistema perante diversos eventos.

The stability of electrical power systems is one of the fundamental requirements for their reliable, efficient and economic operation. Conventional power systems have evolved into large, highly interconnected systems, with increased energy production based on renewable energy sources and increasingly complex power electronics devices, with constantly changing operation. Although renewable energy sources contribute to the reduction of global pollution, their increasing dissemination has created obstacles to the proper behavior of systems, some of which will be discussed in this document.As it is well known, inertia and the inertial response of the systems are two essential components for its proper functioning, in terms of frequency stability, in the occurrence of diverse events. However, the increase in sources based on renewable energy, for example wind and solar photovoltaic, has created some concern for system operators since they have less inertia, thus providing less inertial response to the system, compared to conventional generators (based on synchronous machines). The purpose of this work is first, to analyze the impact of the dissemination of renewable energy sources with low inertia (wind and solar photovoltaic) in the system response to events that cause imbalances between generation and demand (loss of generation, short circuits in buss/lines, loss of load). Secondly, using the contributions of different generation technologies (wind, solar and synchronous) verified in 2020 and expected for 2030 in the Portuguese electrical power system, we tried to replicate the system. Evaluating its response and trying to understand to what extent the current system is prepared to deal with the changes that will exist with the entry of new standards for grid connection of variable renewable energy sources. To this end, after being characterized in detail, in the state of the art, the type of technologies and regulatory requirements, the PowerWorld simulation tool was used to assess the impact that the new standards may have for the future of the system. This work allowed us to conclude that, despite the high levels of dissemination of renewable energy sources and consequent decrease of inertia in the system, it is possible that the system presents adequate responses to various events. In addition, it was also demonstrated that, although inertia is an important factor for the stability of the system, there are other factors that must be considered. Finally, demand management actions were carried out to try to improve the system's response to various events.