BESS Off-Grid: Desafios de Proteção na Transição de Grid-Following para Grid-Forming

Introdução

Os sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) têm se consolidado como uma solução técnica robusta para aplicações industriais, comerciais e sistemas off-grid. No entanto, à medida que esses sistemas passam a operar como formadores de rede (grid-forming), surgem novos desafios associados à proteção, seletividade e estabilidade dinâmica do sistema elétrico.

Este artigo apresenta uma análise técnica dos estudos de desconexão de um BESS durante a transição do modo grid-following para grid-forming, com foco nos fenômenos transitórios observados no ponto de acoplamento.

BESS Grid-Following x Grid-Forming

• Grid-Following:
  O PCS opera sincronizado a uma rede existente, seguindo tensão e frequência impostas pelo sistema elétrico.

• Grid-Forming:
  O PCS passa a estabelecer referência de tensão e frequência, assumindo comportamento semelhante ao de uma fonte síncrona virtual — essencial em sistemas ilhados (off-grid).

Essa mudança de filosofia impacta diretamente:

• Frequência;

• Tensão;

• Fluxo de potência;

• Critérios de proteção.

Desafio da transição para o modo grid-forming

Durante o ilhamento, o PCS realiza a transição automática de grid-following para grid-forming. Esse evento envolve:

• Variações abruptas de frequência (Δf);

• RoCoF negativo ou oscilatório;

• Desequilíbrio momentâneo entre geração e carga;

• Possíveis sobretensões transitórias no barramento AC.

Esses fenômenos precisam ser corretamente avaliados em estudos de proteção.

Objetivos do estudo

O estudo teve como principais objetivos:

• Analisar a variação de frequência no instante do ilhamento;

• Avaliar sobretensões transitórias decorrentes de sobrepotência temporária;

• Identificar tempos críticos de atuação do controle grid-forming;

• Destacar riscos operativos e requisitos para estudos de proteção e seletividade.

Metodologia e ferramenta de simulação

A simulação considera um BESS com PCS submetido à desconexão da concessionária, operando inicialmente como seguidor de rede e assumindo, após o ilhamento, o modo formador de rede.

O aumento súbito da carga industrial gera:

• Desequilíbrio de potência;

• Queda transitória de frequência;

• Atuação da inércia virtual e dos controles primário e secundário do PCS.

Foram analisados:

• Frequência;

• RoCoF;

• Potência;

• Tensão no barramento AC.

Análise dos resultados

🔹 Variação de frequência e RoCoF

A desconexão da concessionária resulta em RoCoF negativo, caracterizando um sistema “pesado”, onde a carga se comporta como uma perturbação dominante.

🔹 Atuação dos controles do PCS

O controle primário atua rapidamente, enquanto o controle secundário ajusta a frequência por meio da injeção de potência, estabilizando o sistema após o evento transitório.

🔹 Sobretensão no modo ilhado

Com o BESS assumindo a referência de tensão, observa-se sobretensão transitória no barramento AC, especialmente nos instantes iniciais após o ilhamento.

Principais riscos operativos observados

• Sobretensão transitória em sistemas industriais sensíveis;

• Atuação indevida de proteções de tensão e frequência;

• Dificuldade de coordenação de proteções em sistemas off-grid;

• Necessidade de revisão de critérios tradicionais de seletividade.

Implicações para estudos de proteção e seletividade

A operação de BESS como grid-forming exige:

• Estudos dinâmicos detalhados;

• Avaliação de tempos de resposta do PCS;

• Revisão dos ajustes de proteção;

• Análise específica de desequilíbrios de corrente.

Conclusões

O BESS se mostra uma solução técnica viável e robusta, oferecendo flexibilidade operativa e suporte dinâmico de potência. No entanto, a operação em modo grid-forming introduz fenômenos transitórios relevantes, especialmente relacionados a variações de frequência e tensão.

A implementação segura de sistemas off-grid deve ser acompanhada de:

• Estratégias de controle adequadas;

• Simulações dinâmicas detalhadas;

• Validação em campo.

Garantindo, assim, desempenho, segurança e confiabilidade do sistema elétrico.

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