Sistemas BESS vs. Fotovoltaicos Grid-Following: Mesma Engenharia de Projeto?

Ao observarmos a rápida expansão de sistemas de armazenamento em baterias (BESS) e de usinas fotovoltaicas com inversores Grid-Following (GFL), é fácil cair na armadilha de considerá-los como a mesma engenharia. No caso dos inversores do sistema BESS (Grid Forming), eles são formadores de tensão e frequência, conseguem operar em modo ilhado e dependem de malhas de controle sofisticadas para regular a potência. Já os inversores de um sistema GFL possuem a rede da companhia como referência de tensão e frequência. Quando aprofundamos a análise — especialmente no que toca às correntes de sequência negativa (I2) e zero (I0), bem como os esquemas de aterramento e proteção a faltas — percebemos diferenças importantes que tornam suas engenharias, em partes, distintas.

Diferenças

Em um sistema fotovoltaico GFL, o inversor responde às variações de irradiância de forma contínua, lidando com flutuações constantes de potência gerada. Já no BESS, a fonte — a bateria — é, em essência, uma fonte eletroquímica com comportamento previsível e reserva de energia prontamente disponível. Essa diferença no perfil de resposta dinâmica afeta diretamente como o controlador do inversor é parametrizado para, por exemplo, suportar desequilíbrios de carga ou curtos-circuitos. Enquanto o inversor GFL do sistema fotovoltaico está sempre ajustando sua referência de potência ativa conforme a luz do sol, o inversor do BESS (GFM) muitas vezes atua para manter níveis de tensão e frequência mais estáveis, garantindo suporte imediato à rede.

Mas o aspecto mais sensível no BESS, do ponto de vista de proteção, é a injeção de correntes de sequência. A maioria dos relés de sobrecorrente depende da presença de componentes de sequência negativa (I2) e zero (I0) para detectar faltas bifásicas e monofásicas, respectivamente. No caso dos inversores dedicados a sistemas fotovoltaicos, já existe tradição em informar ao projetista até que níveis de desequilíbrio o equipamento consegue sustentar correntes assimétricas, porque curtos-circuitos nesses sistemas são estudados a mais tempo. Nos sistemas BESS, entretanto, essa especificação ainda é pouco padronizada: muitas fichas técnicas não detalham até que ponto e por quanto tempo o inversor consegue fornecer corrente I2 sem prejudicar os semicondutores, e a corrente zero — que trafega pela estrutura de aterramento — pode ser tão pequena que se perde em meio às correntes capacitivas da própria rede.

 Esse ponto se torna ainda mais crítico quando consideramos sistemas com transformador Delta–Estrela aterrado (Dyn1). Imagine um BESS conectado ao secundário (Estrela aterrado) de um transformador com o primário em Delta. Quando o sistema entrar em modo ilhado, caso ocorra uma falta fase-terra, o primário não “verá” essa corrente, pois o Delta não dá passagem para a componente de sequência zero. Consequentemente, o relé localizado na média tensão não identifica a falta, representando risco para o sistema por não conseguir isolar a falha.

Solução

Uma solução clássica para conseguir realizar a leitura de I0 no primário é a instalação de um transformador de aterramento (zigue-zague). Esse equipamento permite o fluxo de corrente de sequência zero pelo neutro. Porém, o quão eficaz será essa corrente provinda do inversor do BESS ainda depende da magnitude de I2 que ele consegue injetar em curtos-circuitos de alta impedância, e se essa corrente de sequência negativa é capaz de superar as capacitâncias de fase da linha até chegar no relé. Em muitos casos, a resposta dos fabricantes é: “depende do projeto”.

Por isso, mais do que simplesmente especificar um BESS e um inversor GFL como se fossem intercambiáveis, é fundamental exigir do fabricante curvas características de injeção de I2 e I0 — informando valores máximos sustentados por tempo suficiente (geralmente mais que cinco ciclos) para garantir atuação do relé. Além disso, deve-se considerar a instalação de transformadores de corrente (TCs) no enrolamento do zigue-zague, onde o valor de I0 pode ser mais facilmente detectável, sem demandar ajustes que estejam fora do range do relé.

Em resumo, a engenharia de um sistema BESS compartilha fundamentos com a de um sistema fotovoltaico Grid-Following, mas se diferencia na forma como cada um injeta e sustenta correntes de sequência, na interação com esquemas de aterramento e na compatibilidade com as proteções do relé na média tensão. Projetos robustos exigem não apenas o dimensionamento correto de inversores e transformadores, mas também a validação de:

1. Curvas de injeção de sequência (I2 e I0) em condições simétricas e assimétricas;

2. Tempo de sustentação dessas correntes para garantir atuação do relé (pelo menos 5 ciclos + tempo de abertura do disjuntor);

3. Esquema de aterramento — seja Delta–Estrela aterrado com zigue-zague, ou com TCs dedicados — que assegure visibilidade de faltas ao relé de proteção.

Somente assim poderemos garantir que, em qualquer ponto da microrrede — seja ela ilhada ou em paralelo à concessionária — as proteções atuarão de forma rápida e confiável.

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