Aula 02 – Cargas e seus impactos - Prof. Marcelo Lobo Heldwein

Cargas atuais e futuras (?) e
impactos no sistema de energia
Eletrônica de Potência para
Redes Ativas de Distribuição
Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc.
<[email protected]>
Revisão (Smart Grid)
C. Develder, et al., "Smart Grids & The role of ICT", SmartGridCom 2010
2
Arquiteturas para o Smart Grid
C. Develder, et al., "Smart Grids & The role of ICT", SmartGridCom 2010
3
Funções para o Smart Grid
C. Develder, et al., "Smart Grids & The role of ICT", SmartGridCom 2010
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Primeira rede elétrica no Brasil
— Iluminação da Central do Brasil, Rio de Janeiro
— Decreto 7151 do império em 1878 (D. Pedro II)
— Rede:
• “Velas” inventadas por Paul Jablochkoff
• Alimentadas por dínamo de Zénobe Gramme
Fonte:
http://www.theiet.org/about/libarc/archives/biographies/jablochkoff.cfm
Fonte:
http://pixii.com/gramme1.jpg
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Primeira rede elétrica no Brasil
— Iluminação da Central do Brasil, Rio de Janeiro
Estabilidade:
— Decreto 7151 do império em 1878 (D. Pedro II)
Balanço entre fornecimento e demanda !
— Rede:
• “Velas” inventadas por Paul Jablochkoff
• Alimentadas por dínamo de Zénobe Gramme
Fonte:
http://www.theiet.org/about/libarc/archives/biographies/jablochkoff.cfm
Fonte:
http://pixii.com/gramme1.jpg
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Primeira rede elétrica no Brasil
— Iluminação da Central do Brasil, Rio de Janeiro
Estabilidade:
— Decreto 7151 do império em 1878 (D. Pedro II)
Balanço entre fornecimento e demanda !
— Rede:
•Nesta
“Velas” rede:
inventadas por Paul Jablochkoff
• Alimentadas por dínamo de Zénobe Gramme
Se sabia exatamente qual era a demanda.
Fonte:
http://www.theiet.org/about/libarc/archives/biographies/jablochkoff.cfm
Fonte:
http://pixii.com/gramme1.jpg
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Primeira rede elétrica no Brasil
— Iluminação da Central do Brasil, Rio de Janeiro
Estabilidade:
— Decreto 7151 do império em 1878 (D. Pedro II)
Balanço entre fornecimento e demanda !
— Rede:
•Nesta
“Velas” rede:
inventadas por Paul Jablochkoff
• Alimentadas por dínamo de Zénobe Gramme
Se sabia exatamente qual era a demanda.
E no Smart Grid?
Fonte:
http://www.theiet.org/about/libarc/archives/biographies/jablochkoff.cfm
Fonte:
http://pixii.com/gramme1.jpg
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Fundamentos do sistema elétrico
— Geração e demanda devem estar equilibrados
— Operadores tem controle limitado sobre a demanda
— Estabilidade é resultado de:
• Série de ações preditivas na geração/transmissão
• Série de ações corretivas na geração/transmissão
• Em emergências, desligam-se cargas (linhas)
— Religamento é complexo e demorado
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Fundamentos do sistema elétrico
— Objetivos do sistema elétrico:
• Regulação de tensão
• Regulação de frequência
— Consequência:
• É necessário prever faixas de operação para os
equipamentos
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Faixas de variação de tensão
— IEC
— ANEEL (Resolução Normativa ANEEL nº 395 de 15.12.2009)
Faixa de valores precários
Faixa de valores adequados
188
192
196
200
204
208
212
216
220
224
228
INEP
232
236
[V]
11
11
Faixas de variação de frequência
— IEC 61000-2-2
• ±1 Hz
— ONS (Submódulo 2.8 – Gerenciamento dos indicadores de
desempenho da rede básica e dos barramentos dos
transformadores de fronteira, e de seus componentes)
INEP
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Eletrodomésticos
INEP
T. Joseph Lui, Warwick Stirling, and Henry O. Marcy, “Get Smart,” 2010.
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Eletrodomésticos
INEP
T. Joseph Lui, Warwick Stirling, and Henry O. Marcy, “Get Smart,” 2010.
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Eletrodomésticos
INEP
T. Joseph Lui, Warwick Stirling, and Henry O. Marcy, “Get Smart,” 2010.
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Eletrodomésticos
INEP
T. Joseph Lui, Warwick Stirling, and Henry O. Marcy, “Get Smart,” 2010.
16
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Eletrônicos
17
INEP
Energy saving trust, “The ampere strikes back How consumer electronics are taking over the world,” 2007.
17
Fontes de alimentação
— 2002: > 6 bilhões de fontes no mundo
— Previsão:
• 2010-2020 => 30% a 50% do consumo global
será com equipamentos de ICT
Fontes: M. Mills and P. Huber, “Dig more coal|the pcs are coming," Forbes, 1999.
18
Tren, “Battery chargers and external power supplies," Bio Intelig. Service, 2006.
INEP
18
Fontes de alimentação
— Fontes chaveadas não têm muitos problemas com:
• Variações de tensão
• Variações de frequência
— A maioria utiliza alguma espécie de processamento de
dados que poderia ser utilizado para tornar um
equipamento mais “smart”
INEP
19
19
Gestão de carga (“Demand response”)
— O que é?
• Ajuste de utilização de cargas, voluntário e
temporário como resposta a um sinal do sistema
• Ex.: preço, emergência, conscientização
— Dois tipos:
• Controle direto de cargas (Direct Load Control)
• Resposta a variações de preço
— Tecnologia habilitadora:
• Automação (baseada em regras)
— Fica sujeita à influências humanas
• A vontade do usuário deve prevalecer
INEP
20
20
Demand response por preço
21
INEP
Fonte: http://www.gdfsuezenergyresources.com/Prodserv/prodserv_dr.aspx
21
Home Area Networks (HAN)
— Integração de controles inteligentes para as cargas
http://www.freescale.com/webapp/sps/site/overview.jsp?code=784_LPBBGREENBEE
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HAN
— Redes de:
Energia
• Informação
• Controle
•
http://www.advantech.com/solutions/eHome/scenario.asp?Category_ID=1-EDZ11
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Popularização de veículos elétricos
24
Previsão de vendas
http://vancouver.ca/sustainability/electric_benefits.htm
INEP
25
Fonte: Frost and Sullivan
25
Previsão de vendas
Fonte: Hybridcars.com
INEP
26
26
Tipos de veículos (ou “sopa de letrinhas”)
http://vancouver.ca/sustainability/documents/ElectricVehicleClassificationTable.pdf
27
Tipos de veículos
http://vancouver.ca/sustainability/documents/ElectricVehicleClassificationTable.pdf
28
Tipos de veículos
http://www.dolcera.com/wiki/index.php?title=Image:EV_vechicle_types.jpg
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Classificação dos veículos elétricos
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Arquiteturas de potência
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Eletrônica em veículos elétricos
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Eletrônica de potência em PHEV
J. Gover, “A Tutorial on Hybrid Electric Vehicles: EV, HEV, PHEV and FCEV”.
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Eletrônica de potência em PHEV
Potência típica: 6 kW
J. Gover, “A Tutorial on Hybrid Electric Vehicles: EV, HEV, PHEV and FCEV”.
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O conceito Vehicle-to-Grid (V2G)
— Integrar veículos à rede não só como cargas, mas
também como armazenamento de energia
— Objetivo: reduzir o impacto de veículos elétricos na
rede elétrica
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Infraestrutura para o V2G
— Armazenamento de energia
— Carregador – On-board/Off-board
— Conectores e cabos
— Equipamentos de energia no EV
— Medidores avançados
— Home Area Networks
— Estacionamentos e vizinhanças em geral
— Prédios
— Algortimos de controle/comunicação
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O conceito Vehicle-to-Grid (V2G)
– Componentes:
• Baterias
• BMS (Sistema de
•
•
•
•
•
gerenciamento de
bateria)
Carregador de bateria
(CA-CC)
Inversor (CC-CA)
Controlador
GPS
Medidor
– Fora do carro:
• Medidor inteligente
• Rede elétrica
INEP
37
37
O conceito Vehicle-to-Grid (V2G)
– Agregador: provedor de
serviço responsável por
receber informações dos
veículos e tomar
decisões
INEP
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38
Aplicação típica em Smart grids
http://elpc.org/category/smarttransportation/ev
http://www.zdnet.com/blog/emergingtech/hybrid-cars-and-the-power-grid/862
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Estratégias para o V2H
a) Business-as-usual
b) Local energy control
c) Iterative global energy controller
Mets et al., “Optimizing Smart Energy Control Strategies forPlug-In Hybrid Electric Vehicle Charging,” 2010.
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Possível impacto do V2H
Mets et al., “Optimizing Smart Energy Control Strategies forPlug-In Hybrid Electric Vehicle Charging,” 2010.
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Possível impacto do V2H
Mets et al., “Optimizing Smart Energy Control Strategies forPlug-In Hybrid Electric Vehicle Charging,” 2010.
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Possível impacto do V2H
Mets et al., “Optimizing Smart Energy Control Strategies forPlug-In Hybrid Electric Vehicle Charging,” 2010.
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Tarefa 1
— Dois grupos:
Grupo I: retificador trifásico (6 kW)
• Grupo II: retificador monofásico (3 kW)
• Grupo III: retificador trifásico (20 kW)
•
— Projetar retificadores para carregar baterias de 280 V
— Prever correção do fator de potência e
bidirecionalidade
— Modelar e simular os circuitos
Carregando as baterias (nesta etapa)
• Injetando energia na rede (FUTURO)
•
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Tarefa 2
— Preparar apresentação de artigos para seminário
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