Proposta de modelos individual e agregado no domínio do tempo para estimação de correntes harmônicas em usinas eólicas e fotovoltaicas

Abstract

Nas análises das distorções harmônicas causadas por fontes renováveis de energia, modelos computacionais são frequentemente empregados para a reprodução de impactos que emergem da interação entre a operação do conversor, as distorções pré-existentes na rede e a impedância harmônica do sistema. De acordo com a literatura atinente, poucos modelos individuais simplificados desenvolvidos no domínio do tempo são capazes de ao mesmo tempo i) estimar com precisão as distorções harmônicas e ii) reduzir o tempo de simulação demandado por modelos detalhados. Além disso, é possível observar na literatura uma lacuna no tocante a modelos equivalentes capazes de representar o comportamento harmônico de múltiplos inversores em usinas renováveis de grande porte. Nesse contexto, este trabalho apresenta uma proposta de modelo average harmônico (HM – do inglês harmonic average model) para a reprodução de unidades inversoras, e uma proposta de modelo harmônico agregado (AHM – do inglês aggregated harmonic model) para a estimação de correntes harmônicas geradas por múltiplos inversores em plantas eólicas e fotovoltaicas. No processo de concepção do HM, o princípio da superposição é aplicado em um modelo médio para a inclusão dos efeitos do tempo morto e do chaveamento dos conversores. No processo de montagem do AHM, emprega-se o HM para a representação da usina por meio de um único gerador e, em seguida, aplica-se o método de agregação de circuitos coletores desenvolvido pelo National Renewable Energy Laboratory (NREL). Da análise dos resultados das simulações computacionais executadas, é possível constatar que as formas de onda e os espectros harmônicos produzidos pelo HM e pelo AHM são aderentes àqueles proporcionados por modelos detalhados e medições reais. Cabe ressaltar que os métodos propostos são modelos genéricos rápidos e relativamente simples de serem implementados. Com isso, conclui-se que estes modelos podem ser empregados por operadores de sistemas elétricos para estimar as correntes harmônicas produzidas por inversores e, paralelamente, para analisar os impactos das fontes renováveis na qualidade e estabilidade da energia elétrica.