Como consequência dos atuais objetivos de descarbonização, o número de fontes de energia renováveis ​​(FER), ligadas às redes de transporte e distribuição tem crescido continuamente nos últimos anos e continuará a crescer. Esta quantidade crescente de FER, no entanto, provoca diversas alterações na conceção, planeamento, operação e regulação das redes elétricas.

Um aspeto importante a considerar com as FER eólica e solar fotovoltaica é que estas fontes estão ligadas à rede através de inversores baseados em eletrónica de potência, enquanto as fontes convencionais (térmicas e hídricas) utilizam geradores síncronos.

Esta nova situação pode causar problemas aos sistemas de proteção, uma vez que os atuais algoritmos de proteção foram projetados, testados e aplicados em redes com predominância de geradores síncronos. Especificamente, a menor contribuição de corrente para curto-circuitos e as consequências na impedância aparente observada são aspetos que podem comprometer o desempenho das funções de proteção.

Tendo este facto em consideração, o R&D Nester empreendeu o projeto Prot4HiRES, estudando o impacto das fontes de energia renováveis ​​nos sistemas de proteção de linhas de transporte. O âmbito da pesquisa foram as funções de proteção de máxima intensidade, distância e diferencial de linha.

Para realizar este estudo, foi desenvolvido e integrado um modelo de simulação de uma turbina eólica Tipo IV, numa zona da rede de transporte portuguesa com elevada penetração de FER. O Tipo IV é um conversor completo, que também é adequado para modelar a conversão CC/CA para energia solar fotovoltaica. Em seguida, foram simulados defeitos (curtos-circuitos) em diversos pontos da rede para produzir curvas das correntes e impedâncias aparentes observadas nas extremidades das linhas de transmissão.

A análise post mortem destas curvas (fontes renováveis ​​versus geradores síncronos) permitiu visualizar o comportamento das funções de proteção estudadas. Por exemplo, observou-se que a corrente de curto-circuito fornecida pelos geradores eólicos e solares era cerca de metade daquela fornecida por um gerador síncrono.

Concluiu-se que as funções diferencial e distância não são propensas a serem afetadas pela penetração de FER, enquanto a proteção de máxima intensidade deverá ser reparametrizada.

Os resultados deste projeto foram publicados em três artigos científicos apresentados em conferências:

• "Assessment of potential problems on the behaviour of protection functions due to the massive integration of wind sources in transmission networks" (22nd Wind & Solar Integration Workshop)

• "Methodology for the assessment of the behaviour of protection functions in transmission grids with high penetration of renewable sources" (PEPSC 2023 - Power Electronics and Power System Conference)

• "Behaviour analysis of transmission line protection functions in grids with high penetration of renewable sources' (Developments in Power System Protection conference).

Para mais informação:

Projeto Prot4HiRES @ website do R&D Nester