Metodologia para Redução de Tensões Harmônicas em Parques Eólicos Aplicando Filtros Ativos

Metodologia para Redução de Tensões Harmônicas em Parques Eólicos Aplicando Filtros Ativos

14 de novembro de 2018 0 Por Gelson Sabadini

Os Filtros de Harmônicas Ativos (AHF) são equipamentos eletrônicos para potência estática que empregam lógica digital e semicondutores IGBT, para sintetizar uma forma de onda de corrente, que é injetada na rede elétrica para cancelar correntes harmônicas geradas por cargas não lineares. Os AHF empregam transformadores de corrente para medir a corrente do circuito e determinar o conteúdo presente de correntes harmônicas. Ao injetar a corrente sintetizada, as correntes harmônicas da rede são minimizadas, reduzindo seus efeitos no circuito, como por exemplo a distorção da tensão.

Os novos acessantes à Rede Básica do SIN (Sistema Interligado Nacional), cujas cargas sejam predominantemente não lineares, devem realizar estudos de desempenho harmônico no PAC (Ponto de Acoplamento Comum) utilizando o Método dos Lugares Geométricos (MLG) recomendado pelo ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico) por meio dos seus Procedimentos de Rede. Este método corresponde a uma avaliação conservadora do impacto individual provocado pela rede do novo acessante, permitindo considerar diversas situações de rede tais como diferentes anos, patamares de carga e situações de contingência (perdas de linhas de transmissão, transformadores, banco de capacitores, etc.). Também leva em consideração as possíveis alterações ou mudanças das admitâncias devido à imprecisão de modelagens dos elementos que compõem o sistema. Entende-se que com estas considerações consiga-se retratar a variação da admitância vista do PAC durante grande parte da vida útil da instalação.

Uma consequência do conservadorismo do MLG, geralmente observada nos estudos de desempenho harmônico, é a violação dos limites individuais e totais de distorções harmônicas de tensão especificados nos Procedimentos de Rede do ONS, conforme tabela 1. Para que o parecer de acesso ao SIN seja favorável é imprescindível o atendimento destes limites. Dessa forma, os novos acessantes deverão mitigar tais ultrapassagens por meio de medidas corretivas, como por exemplo, a utilização de filtros ativos ou passivos.

 

Fonte: Procedimentos de Rede – Submódulo 2.8

 

Atualmente a metodologia para dimensionamentos de filtros, sendo eles ativos ou passivos, é inconsistente e incerta devido ao método de análise e ao dinamismo das variáveis consideradas no estudo. Como exemplo desta inconsistência cito um comparativo apresentado pela revista “O Setor Eletrico”, edição 140, de setembro de 2017, artigo este intitulado “Filtros Harmônicos para Parques Eólicos”, entre os dois principais softwares utilizados pelo mercado para o estudo de desempenho harmônico, o Power Quality Filter (PQF) e HARMZS. O artigo apresenta a modelagem de um parque eólico de aproximadamente 300MW – a tabela 2 compara os resultados de distorção harmônica total de corrente obtidos para os filtros de 2ª a 8ª ordem, observe que os valores calculados pelo software HARMZS é muito superior aos apresentados pelo software Power Quality Filter, essa diferença é devido ao método de análise. É comum após a operação do parque eólico, surgirem variações na intensidade das ordens harmônicas indicadas nos estudos iniciais, ou até mesmo, o aparecimento de novas ordens harmônicas com necessidade de correção que não foram inicialmente consideradas. A prática de expansão da capacidade de geração com a inserção de geração fotovoltáica está cada vez mais comum, com isso a impedância do sistema é alterada e por consequência aumenta ainda mais o risco do aparecimento de novas ordens harmônicas que ultrapassem os limites certificados.

 

Fonte: Revista o Setor Elétrico/ Ano 12 – Edição 140

 

Atualmente, a solução convencional para mitigação de harmônicos em empreendimentos eólicos é a utilização de Filtros Passivos instalados no barramento coletor de média tensão, como é sabido, os filtros passivos são equipamentos estáticos, de construção independente por ordem harmônica. O seu princípio de mitigação é baseado na alteração da impedância do sistema – o projeto é dependente dos cenários de operação do SIN (contingencias), que frequentemente geram ressonâncias indesejáveis demandando filtros imprevistos, sem versatilidade e em operação perpetuam as incertezas e imprecisões dos estudos.

O aprimoramento da eletrônica de potência deu origem a novas soluções que no decorrer dos anos substituíram com eficiência as tecnologias convencionais. O Filtro Ativo já está cumprindo este papel em alguns empreendimentos como substituto dos Filtros Passivos. Os Filtros Ativos são equipamentos dinâmicos, atuam em todas as ordens harmônicas simultaneamente, possuem capacidade de escalonamento de unidades, podendo atender a qualquer projeto ou possível expansão. O projeto independe dos cenários de operação do SIN porque em operação, as incertezas e imprecisões do sistema são minimizadas, além disso, não modifica a impedância do sistema impossibilitando novas ressonâncias e é extremamente versátil podendo se adaptar a qualquer requerimento do sistema.

Até o início de 2018, não havia nenhuma obrigatoriedade de o empreendimento comprovar no decorrer dos anos a eficiência da correção implantada, por esse motivo muitos projetos de mitigação de harmônicas com filtros passivos, pelo fato de não se adaptar a um sistema dinâmico, perderam sua eficiência ou se tornaram totalmente obsoletos. Devido ao crescente número de novas conexões e aumento da fragilidade do SIN por motivo de sobrecargas, o ONS revisou a NT 009-2016 (norma que regulamenta os estudos e medição de Qualidade de Energia relacionados aos acessos à rede básica), adicionando a obrigatoriedade de uma medição de qualidade da energia permanente no PAC para monitorar os indicadores de QEE. Caso o empreendimento não cumpra esta regra ou durante o monitoramento ultrapasse os limites individuais e globais de distorção harmônica de tensão, será imediatamente condicionado a operar com número mínimo de aerogeradores estabelecido nos estudos iniciais. Desta forma, o custo elevado dos Filtros Ativos, comparado ao seu antecessor, são rapidamente justificados perante o prejuízo com a redução da geração até que a medida corretiva seja ajustada, isso pode durar meses.

A METRUM Equipamentos de Medição e Testes representa a Schneider Electric, fabricante da linha AccuSine Plus para solução de Filtros Ativos e vem trabalhando intensivamente na aplicação destes equipamentos em empreendimentos eólicos. Nos últimos anos, aprimoramos a solução, inclusive em parceria com o CEPEL – que atualmente é o laboratório referência para o ONS – a matéria pode ser acessada na íntegra no link abaixo:

Cepel Realiza Pesquisa sobre Utilização de Filtros Ativos na Média Tensão

A METRUM fornece juntamente com os filtros ativos o sistema de medição permanente de qualidade de energia, composto pelo medidor ION7650, classe A da IEC 61000-4-30 e o software de supervisão e gerenciamento de energia Power Monitoring Expert (PME). A função do PME é fazer a leitura dos filtros e do medidor, gerar automaticamente relatórios padronizados dos indicadores de qualidade de energia, conforme os Procedimentos de Rede do ONS, armazenar todos as informações em Banco de Dados para auditorias futuras, disponibilizar acesso web às informações de medições e operação em tempo real ou históricos por meio de relatórios personalizados de consulta ao Banco de Dados, devidamente com as proteções de acesso para múltiplas categorias de usuários.

Em conclusão, o SIN está chegando a um nível crítico devido ao grande número de conexões de novos acessantes. Por ser um sistema dinâmico e em crescimento exige uma solução dinâmica e expansível. O Filtro Ativo possui um custo de projeto superior, mas o risco de não atender às condições de projeto é mínimo, em contrapartida, o Filtro Passivo possui um custo inferior, mas o risco de não atender ao projeto é elevadíssimo e o resultado é a penalidade prevista. Acredito que o diferencial de custo não vale o risco de o empreendimento ter que operar durante meses com capacidade de geração reduzida.