Um grupo de pesquisadores na Austrália delineou uma nova metodologia para determinar a potência mínima dos sistemas de armazenamento de energia (ESSs) usados para resposta de emergência em subfrequência. O tamanho do ESS deve ser calculado para manter a frequência dentro da faixa operacional padrão.
Imagem: Edith Cowan University, Journal of Energy Storage, Common License CC BY 4.0
Um grupo de pesquisadores da Universidade Edith Cowan, na Austrália, propôs uma nova metodologia para determinar o tamanho ideal de grandes sistemas de armazenamento de energia conectados a inversores (ESSs) planejados para resposta emergencial de subfrequência.
“Fornecer a resposta necessária com capacidade mínima de ESS é vantajoso para o planejamento do sistema de energia e para a operação de uma frota de unidades ESS parcialmente descarregadas”, disseram os cientistas, observando que a solução proposta também é viável a baixos custos. “Características como tempo de subida, overshoot e tempo de acomodação da resposta de potência ativa podem ser controladas ajustando parâmetros específicos.”
No artigo “Otimizando inversores formadores de rede para evitar rejeição de carga de subfrequência com armazenamento mínimo de energia”, publicado no Jornal de Armazenamento de Energia, os pesquisadores explicaram que a capacidade de energia ativa do ESS pode ser usada para minimizar esquemas de rejeição de carga de subfrequência (UFLS), que geralmente são ativados durante eventos de baixa frequência, eliminando cargas predeterminadas para evitar novas quedas de frequência.
“Como os eventos UFLS são raros, alguns operadores de sistemas de transmissão não exigem a manutenção de espaço livre para lidar com grandes perturbações”, disse a equipe de pesquisa. “Assim, usar o ESS para resposta emergencial de subfrequência é uma opção econômica. Além disso, fornecer a resposta necessária com capacidade mínima de ESS é vantajoso para o planejamento do sistema de energia e para a operação de uma frota de unidades ESS parcialmente descarregadas.”
Os acadêmicos também explicaram que a novidade de seu trabalho consistiu em determinar a potência mínima de uma bateria para geradores síncronos virtuais (VSGs) e inversores de formação de rede baseados em controle de queda (GFM). O tamanho do ESS, especificaram, deve ser calculado para manter a frequência dentro da faixa operacional padrão.
“O tamanho do ESS é otimizado para evitar a rejeição de carga de subfrequência após o desligamento de um grande gerador, mantendo a frequência dentro do padrão operacional de frequência (FoS)”, eles também enfatizaram. “O cálculo dos parâmetros de controle e a determinação do tamanho do ESS consideram a duração das múltiplas etapas e os limites fornecidos pelo FoS. As configurações de proteção UFLS são projetadas com base no FoS e dimensionar o ESS para atingir uma frequência fixa não fornecerá o tamanho ideal do ESS.”
A abordagem proposta é baseada em um algoritmo de escalada, ques uma técnica clássica de otimização em inteligência artificial que se inspira na escalada ao pico de uma montanha. Funciona aumentando o valor da elevação para encontrar o pico da montanha ou a melhor solução para um determinado problema. Termina quando atinge um valor de pico onde nenhum vizinho tem um valor superior.
O grupo investigou um estudo de caso de um sistema de potência implementado via software DIgSilent PowerFactory.
A simulação mostrou que para inversores GFM, uma diminuição no coeficiente de queda de potência ativa aumenta a saída de potência ativa. Este aumento, no entanto, é limitado pelas restrições dos atuais inversores. Como resultado, os cientistas sugerem manter o coeficiente de queda de potência ativa em um valor que possa evitar a instabilidade resultante das limitações dos inversores, ao mesmo tempo que maximiza a saída de potência ativa.
Quanto aos VSGs, eles sugeriram manter a aceleração constante, o que supostamente pode atingir um equilíbrio entre a taxa de mudança de frequência (RoCoF) e as oscilações de potência. Eles notaram que a constante de tempo de aceleração do controlador VSG é proporcional à inércia e aumentá-la aumenta a inércia.
“Para o caso considerado neste estudo, a potência mínima de armazenamento de energia para o controle virtual do gerador síncrono é de 85 MVA, enquanto para o controle de queda, a capacidade mínima de armazenamento é de 89 MVA”, concluíram os cientistas. “Os resultados deste estudo devem ser úteis para os planejadores de sistemas de energia aproveitarem melhor as capacidades dos sistemas de armazenamento de energia.”
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