Avaliação da estabilidade de tensão em regime permanente de sistemas elétricos com elevada utilização de fontes renováveis

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Florianópolis, 2022.Nos últimos anos, o aumento da participação de fontes renováveis na matriz energética mundial vem impactando o crescimento e expansão dos sistemas elétricos. Por meio da estimação da energia renovável desperdiçada, pode-se, por exemplo, direcionar as soluções estruturais no sistema para obtenção de uma rede mais flexível e adaptável ao aproveitamento destes recursos. Nesse contexto, a avaliação estática da estabilidade da tensão constitui um dos estudos primários do processo de planejamento, onde objetiva-se verificar o desempenho de um sistema elétrico em diversos cenários e configurações de rede, permitindo obter valores relacionados a margem máxima para expansão da carga afim de evitar o colapso da tensão, bem como, identificar os melhores pontos da rede para compensação com o objetivo de minimizar os futuros problemas de instabilidade. Embora na atualidade a necessidade desses estudos estejam amparadas em avaliações determinísticas complementares aos estudos elétricos usuais da fase de planejamento, o presente trabalho explora uma metodologia baseada no conceito do fluxo de potência cronológico, associado a um método para avaliação da estabilidade da tensão em regime permanente para os momentos de máximo uso da capacidade renovável disponível. Uma simulação probabilística é proposta, de forma a considerar a variabilidade horária da capacidade eólica. Para fins iniciais de validação da metodologia, o sistema teste RTS96REN caracterizado pela elevada participação de geração eólica é utilizado; posteriormente, a simulação é realizada para a configuração normal e modificada dos sistemas teste RTS96 e RTS96REN, com intuito de verificar o impacto da capacidade e o estresse da rede transmissão. Por final, a análise é aplicada considerando uma lista de contingência simples no sistema RTS96REN. Como resultados obtidos, além da indicação de soluções estruturais para minimizar a estimativa para desperdício de energia renovável, dados estatísticos fornecem o comportamento probabilístico associado da margem de estabilidade da tensão do sistema mediante a avaliação dos cenários (estados) de máximo despacho renovável disponível ao sistema. Percepções e sensibilidades iniciais sobre a estabilidade da tensão no sistema são capturadas, direcionando a expansão da capacidade de geração renovável.Abstract: In recent years, a regular growth in the share of renewable sources in the world energy matrix has impacted the expansion of electrical systems. Through the estimation of renewable energy spilled, it is possible, for example, to direct the structural solutions in the system to obtain a more flexible and adaptable network for the use of these resources. In this context, the static evaluation of voltage stability constitutes one of the primary studies of the planning process, where the objective is to verify the performance of the power system in several scenarios and network configurations, allowing to obtain values related to the maximum margin for load expansion to avoid the voltage collapse, as well as identifying the best points in the network for compensation to minimize future instability problems. Although currently the need for these studies is supported by deterministic evaluations complementary to the usual electrical studies of the planning phase, the present work explores a methodology based on the concept of chronological power flow, associated with a method for evaluating the stability of voltage in steady state. for times of maximum use of available renewable capacity. A probabilistic simulation is proposed, to consider the hourly variability of wind capacity. For initial purposes of validation of the methodology, the test system RTS96REN characterized by the high share of wind generation is used; later, the simulation is performed for the normal and modified configuration of the RTS96 and RTS96REN test systems, to verify the capacity impact and the transmission network stress. Finally, the analysis is applied considering a simple contingency list in the RTS96REN system. As results obtained, in addition to indicating structural solutions to minimize the estimate for renewable energy spilled, statistical data provide the probabilistic behavior associated with the system voltage stability margin by evaluating the scenarios (states) of maximum renewable dispatch available to the system. Initial perceptions and sensitivities about voltage stability in the system are captured, aimed at expanding renewable generation capacity