Proteções de Redes de Distribuição com Injeções Distribuídas: Disfunções e Influência na Concretização das Smart Grids

Abstract

A modernização das redes tem sido uma aposta de muitos países para que estas se possam adaptar aos conceitos de microgrid e smart grid e viabilizar a integração dos veículos elétricos, além de contribuírem para a sustentabilidade energética devido à crescente proliferação de injeções distribuídas baseadas em energia primária renovável. As proteções, tal como se apresentam nas redes de distribuição convencionais, de topologia radial, com os seus requisitos de seletividade, sensibilidade, rapidez e fiabilidade, não estão adaptadas à existência de produção dispersa na rede carecendo, por isso, de adaptações indispensáveis à concretização de smart grids. Este trabalho de Doutoramento propôs-se abordar questões ainda não resolvidas, nomeadamente investigar que mudanças devem ser introduzidas nos sistemas de proteção explorando o seu potencial nas redes de distribuição, mais especificamente as novas questões que se colocam na gestão e operação dos sistemas como resultado da influência da proliferação de injeções distribuídas na rede, tentando preservar os dispositivos de proteção da rede convencional. Para tal apresentam-se estratégias economicamente comportáveis que possam ser definidas para resolver as disfunções criadas pelas injeções distribuídas ao sistema de proteção da rede de distribuição. Visam-se aqui as situações em que o operador da rede de distribuição tem escassez de recursos para investir na digitalização da rede ou em que partes da rede aguardem a sua vez para as intervenções de modernização de acordo com o plano de investimento estabelecido. Foram definidas abordagens estruturadas de análise da resposta dos sistemas de proteção usuais em redes radiais, tendo em vista encontrar as estratégias adequadas de remediação, tendo sido obtidos resultados a partir de testes realizados com o software Power Factory, numa rede de teste IEEE que corresponde a uma rede de distribuição real.

The modernization of electrical networks has been a priority in many countries, towards the implementation of the concepts of microgrid and smart grid and to enable the integration of electric vehicles, in addition to contributing to energy sustainability, due to the increasing proliferation, in the distribution network, of distributed injections based on renewable primary energy. The protection systems, as they presently exist in conventional distribution networks with radial topology, with their requirements for selectivity, sensitivity, speed of operation and reliability, are not adapted to the existence of dispersed generation in the network, therefore requiring adaptations that are indispensable to achieve the implementation of smart grids. This PhD work aims to address unresolved issues, namely to investigate what changes should be introduced in protection systems, exploring their potential in distribution networks. More specifically, the thesis addresses the new issues that arise in the management and operation of systems, as a result of the influence that the proliferation of distributed power injections has on the network, having in mind the need to preserve the protection devices found on conventional radial networks. To this end, economically affordable strategies are presented that can solve the dysfunctions caused to the distribution network protection system by the existence of distributed power injections. Two types of situations are considered, where either the distribution network operator does not have the necessary resources to invest in the digitization of the network or in which parts of the network await their turn for modernization interventions in accordance with some defined investment plan. Structured approaches for analyzing the response of the usual protection systems in radial networks were defined, in order to find the appropriate remediation strategies. Results were obtained from tests performed with the Power Factory software, in an IEEE test network that corresponds to a real distribution network.