Avaliação do desempenho de sistemas de proteção de redes de distribuição com geração distribuída

Abstract

A inserção de recursos energéticos distribuídos (REDs) está modificando a topologia tradicional de sistemas de distribuição de energia elétrica (SDEE). A conexão de geradores distribuídos (GDs) pode ocasionar problemas de proteção significativos para as distribuidoras de energia elétrica, como perda da seletividade da proteção e deterioração da sensibilidade dos dispositivos de proteção (DPs). Embora a estrutura de condutores seja capaz de fornecer energia em qualquer direção, as instalações de proteção e controle na distribuição foram baseadas no fornecimento de energia elétrica em uma direção: da subestação ao consumidor. O presente trabalho propõe-se a contribuir na identificação dos desafios impostos aos sistemas de proteção tradicionais quando GDs operam de forma intermitente e acrescido à flexibilidade operativa do SDEE e discutir possíveis soluções que possam ser implementadas para superar estes desafios. Este trabalho propõe uma metodologia para análise da deterioração da sensibilidade e seletividade em diferentes DPs para diferentes níveis de penetração e localização das GDs. Propõe-se a utilização do índice de deterioração de sensibilidade de corrente (SDI) para demonstrar as mudan- ças nos níveis de corrente de curto-circuito antes e após a integração das GDs. Com isso, são identificados os possíveis pontos revisão de ajustes da proteção e o limite de inserção de GDs que possa levar à não eliminação de curto-circuitos pela proteção do alimentador (AL). A metodologia foi testada em três estudos de caso envolvendo dados de alimentadores de distribuição na região Sul do Brasil, em condição normal de operação e sob manobra na rede. As simulações foram realizadas utilizando o software ASPEN Oneliner. Nesse contexto, os resultados apresentados neste trabalho contribuem para entendimento dos impactos das GDs em redes de distribuição, podendo ser utilizado como insumo na avaliação de manobras que envolvam sistemas com GDs, alertando quanto aos riscos operacionais e comprometimento dos critérios de proteção em razão dos impactos nas correntes de curto-circuito. Ao compreender esses impactos, as distribuidoras podem tomar medidas adequadas para garantir que a conexão de GDs não prejudique a operação do sistema sob o ponto de vista da proteção.

The integration of distributed energy resources (DERs) is changing the traditional topology of electrical energy distribution systems (EEDS). The connection of distributed generators (DGs) can result in challenges for electric utilities, such as loss of protection selectivity and deterioration of the sensitivity of protection devices (PDs). Although the conductor structure is capable of supplying energy in any direction, the protection and control installations in distribution were based on supplying electrical energy in one direction: from the substation to the consumer. This work aims to contribute to identifying the challenges imposed on traditional protection systems when DGs operate intermittently and in addition to the SDEE’s operational flexibility and discuss possible solutions that can be implemented to overcome these challenges. This work proposes a methodology for analyzing the deterioration of sensitivity and selectivity in different DPs for different levels of penetration and location of the DGs. It is proposed to use the current sensitivity deterioration index (SDI) to demonstrate changes in short-circuit current levels before and after the integration of DGs. With this, possible sensitivity, selectivity and protection coordination problems are identified, as well as the threshold of DG integratoin that could lead to faults not being cleared by the feeder protection. The methodology was tested in three case studies involving data from distribution feeders in southern Brazil, under normal operating conditions and under grid maneuver. The simulations were performed using the ASPEN Oneliner software. In this context, the results presented in this work contribute to understanding the impacts of DGs on distribution networks, and can be used as input in the evaluation of maneuvers involving systems with DGs, warning about operational risks and compromise of protection criteria due to impacts in short-circuit currents. By understanding these impacts, distributors can take appropriate measures to ensure that the connection of DGs does not harm system operation from a protection perspective.