Distributed generation impact on protection systems: considerations for power distribution planning.

Esta pesquisa apresenta metodologias para avaliar o impacto da geração distribuída sobre o sistema de proteção de redes de distribuição para um planejamento de rede integrado. A alternativa de geração distribuída é vista como uma mudança no paradigma da geração de energia no mundo. A adoção de fontes renováveis de energia para produção residencial ou comercial traz não apenas benefícios ambientais, mas também uma oportunidade para aliviar as dificuldades de abastecimento encontradas em muitos países. Entretanto, apesar de resolver alguns dos problemas de fornecimento de energia, esta mudança de paradigma causada pela inserção da geração distribuída em redes de distribuição pode trazer alguns impactos técnicos indesejados. Os impactos típicos avaliados no planejamento das redes de distribuição elétrica envolvem a expansão da rede, como perdas, fator de potência, carregamento de ativos e violação de limites de tensão. No entanto, uma inserção massiva da geração distribuída também pode causar problemas significativos para a proteção da rede, assim envolvendo o planejamento da proteção. Dessa forma, é necessário identificar potenciais problemas de proteção e desenvolver metodologias para modelar, diagnosticar e mitigar tais problemas. Este trabalho tem como objetivo descrever a importância da previsão dos impactos potenciais da alta penetração de fontes renováveis no sistema de proteção das redes de distribuição elétrica, a fim de alcançar um planejamento de rede integrado. Assim, no início deste trabalho são discutidos os principais problemas do sistema de proteção que podem surgir a partir da alta penetração da geração distribuída, como perda de coordenação da proteção, sobretensão, perda da sensibilidade da proteção, bidirecionalidade e queima inesperada de fusíveis. A pesquisa demonstra os possíveis modelos utilizados para avaliar esses impactos, como modelagem de rede e modelagem de fontes renováveis, possíveis abordagens, como as perspectivas probabilísticas e deterministas, em relação aos algoritmos de alocação da geração distribuída e as possíveis metodologias de avaliação, como análise de cenários e análise de sensibilidade. Os resultados apresentados representam a avaliação de tais impactos nas redes de distribuição elétrica. Para concluir, o estudo ilustra a aplicação das metodologias apresentadas com um estudo de caso usando uma rede de distribuição real.This work presents methodologies to assess the impact of distribution generation on electric distribution network protection systems for an integrated network planning. The distributed generation alternative is seen as a shift in the paradigm of energy generation in the world. The adoption of renewable sources of energy for residential or commercial production brings not only environmental benefits, but also an opportunity to ease the supplying difficulties found in many countries. Despite solving some of the energy suppling problems, this paradigm change caused by the insertion of distributed generation in electric distribution networks can bring some undesired technical impacts. The typical impacts assessed in the electric distribution networks planning involve the expansion of the network, such as losses, power factor, line loading, and voltage profiles, among others. However, a massive insertion of distributed generation may also cause significant problems to the network protection, which involves the protection planning. In this way, it is necessary to identify potential protection issues and design means to model, diagnose and mitigate such issues. This work aims at describing the importance of predicting the potential impacts of high penetration of renewable sources on the protection system from electric distribution networks, in order to achieve an integrated network planning. Thus, in the beginning of this work it is discussed the main protection system issues that may arise from the high penetration of distributed generation, such as loss of protection coordination, overvoltage, loss of protection sensitivity, directional false tripping, unwanted fuse blowing, beside others. The work then demonstrates possible models utilized to assess those impacts, such as network modeling and renewable sources modeling, possible approaches such as the probabilistic and deterministic perspectives, regarding distributed generation allocation algorithms and the possible methodologies for assessment such as scenario analysis and sensitivity analysis. To conclude the work, there will be more discussions regarding the results presented and the potential benefits of including this analysis on the integrated distribution network planning. In the end, the partial results illustrate the application of the presented methodologies with a case study using a real distribution network