Fluxo de Potência em Usinas Fotovoltaicas: O Impacto dos Harmônicos e a Qualidade da Energia

As usinas fotovoltaicas estão cada vez mais presentes no cenário de geração de energia, trazendo benefícios como a redução das emissões de carbono e a diversificação da matriz energética. No entanto, esses sistemas também introduzem novos desafios, como o impacto dos harmônicos no fluxo de potência e na qualidade da energia injetada na rede elétrica.

Neste artigo, vamos explorar um estudo de caso realizado em uma usina fotovoltaica de 2,5 MW, abordando como o perfil harmônico influencia a tensão RMS e quais as principais conclusões para garantir uma operação eficiente e segura.

Primeiramente, o que é fluxo de potência?

O fluxo de potência é uma análise fundamental na engenharia elétrica, que nos permite entender como a energia se comporta dentro do sistema. Ele ajuda a prever queda ou aumento nas tensões, correntes e perdas, garantindo que a operação seja segura e eficiente.

No contexto das usinas fotovoltaicas, a avaliação do fluxo de potência é ainda mais crucial devido à natureza variável da geração fotovoltaica e ao impacto dos inversores na rede elétrica.

Estudo de Caso

O estudo realizado avaliou uma usina fotovoltaica de 2,5 MW, localizada no interior de São Paulo. O objetivo foi analisar o impacto do perfil harmônico na tensão RMS na barra de baixa tensão de 800 V.

Configuração da Usina

• Potência dos inversores: 2,5 MW

• Potência do transformador: 2,5 MVA

• Tensão dos inversores: 800 V

• Tensão da rede primária: 13,8 kV

A análise comparou a forma de onda da tensão fundamental sem os harmônicos e a tensão considerando a presença dos harmônicos gerados pelos inversores.

Impacto dos Harmônicos no Fluxo de Potência

1. Análise sem Harmônicos

Ao considerar apenas a tensão fundamental, sem os harmônicos (THD em 0%) introduzidos pelos inversores fotovoltaicos, a tensão RMS observada foi de, aproximadamente, 868 V.

2. Análise com Harmônicos

Quando os harmônicos foram considerados na análise (THD em 34,77%), a tensão RMS na barra de geração subiu para 918 V.

Isso evidencia que os harmônicos introduzidos pelos inversores impactam diretamente a tensão da rede, podendo causar efeitos como:

• Elevação da tensão RMS, o que pode comprometer a operação segura dos equipamentos.

• Aumento das perdas elétricas, reduzindo a eficiência global da usina.

• Possíveis interferências e danos em equipamentos sensíveis, como transformadores e motores elétricos.

Conclusão

O estudo reforça que as análises de fluxo de potência em usinas fotovoltaicas devem sempre considerar o perfil harmônico das fontes. A presença dos harmônicos pode alterar significativamente os níveis de tensão e corrente, impactando a qualidade da energia e a estabilidade da rede.

Para mitigar esses efeitos, algumas soluções podem ser adotadas, como:

• Monitoramento contínuo da qualidade da energia injetada na rede.

• Estratégias de controle avançadas nos inversores para minimizar a geração de harmônicos.

• Uso de filtros ativos para reduzir a distorção harmônica.

  
  

Com estudos detalhados e o uso de equipamentos adequados, é possível garantir que a energia solar seja integrada à rede de forma eficiente e segura, maximizando seus benefícios para o setor elétrico.

Se você deseja entender melhor o comportamento da sua usina fotovoltaica ou precisa de uma análise detalhada de qualidade de energia, entre em contato conosco. Nossa equipe tem expertise em análise de fluxo de potência, qualidade de energia, mitigação de harmônicos dentre outros serviços que irão garantir a melhor performance do seu sistema de geração.

E lembre-se! Pensou em energia, pensou Sensorless!