Condensadores síncronos e armazenamento de energia da bateria formam uma combinação poderosa para suporte à rede

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O declínio na inércia do sistema está criando um grande desafio para as redes de energia elétrica do mundo. Resulta do descomissionamento de usinas tradicionais de grande escala e centralizadas, baseadas em grande parte em geradores síncronos rotativos. Esse declínio está sendo acelerado pelo aumento da demanda de energia e pela penetração da geração baseada em inversores a partir de recursos renováveis, como eólica e solar.

É bem conhecido que a inércia reduzida do sistema leva a uma menor estabilidade da rede e diminuição da resiliência da rede. No entanto, muitas vezes não é apreciado que a remoção de geradores síncronos também causa uma diminuição na corrente de falta disponível, com um consequente impacto nos sistemas de proteção de relés existentes.

O aumento da penetração de renováveis ​​também afeta a estabilidade da rede, potencialmente introduzindo novos fenômenos, como oscilações. Eles também podem ter um impacto negativo na qualidade da energia.

Existe uma atividade considerável de P&D focada em novos algoritmos e esquemas de controle para evitar problemas de estabilidade da rede. No entanto, uma abordagem híbrida baseada em tecnologia existente e comprovada usa um SC para contribuição de corrente de falta e inércia real junto com um BESS para potência ativa e suporte de frequência.

A tecnologia de inversores que seguem a rede é mais antiga, bem estabelecida e comum em novas instalações, especialmente em menor escala. Ele depende de uma rede estável. Variação excessiva do fasor de tensão pode causar problemas de controle para o inversor. A principal desvantagem é que este tipo de inversor não pode se conectar a uma rede instável ou ser usado para um black-start.

Em comparação, os inversores formadores de rede são relativamente novos e menos comuns, mas estão sendo implantados em instalações BESS de maior escala. Este tipo de inversor pode estabilizar uma rede e fornecer capacidade de black-start.

Um desafio particular das tecnologias baseadas em inversores é que elas podem causar problemas como oscilações de potência e controle oposto devido à natureza digital de seus sistemas de controle e medição.

Em contraste, a operação do SC é determinada pela física simples. Isso torna o SC um recurso estável e confiável para suporte à rede.

Uma combinação de eletrônica de potência e SCs é a melhor solução para várias aplicações:

O SC adiciona alta capacidade de sobrecarga por meio de suas propriedades inerentes como uma máquina rotativa física. Fornece suporte instantâneo durante uma falha, elevando a tensão e reduzindo o impacto da queda de tensão.

Depois de eliminar a falha, o SC pode criar uma leve sobretensão, pois não pode agir rapidamente para reduzir a corrente de excitação. Nesse caso, a rápida absorção de potência reativa de um dispositivo eletrônico de potência, como um BESS ou STATCOM, pode reduzir essa oscilação excessiva de tensão, de modo que a tensão do sistema terá um retorno mais rápido ao seu estado estacionário.

O controle de inércia e frequência é fornecido como inércia real pelo SC, complementado pelo controle de frequência rápida, às vezes chamado de inércia "virtual", pelo BESS. O sistema híbrido demonstrou oferecer melhor desempenho do sistema e menor taxa de mudança de frequência (ROCOF).

A capacidade de curto-circuito (relação de curto-circuito – SCR) é um aspecto importante da rede elétrica e de suas funções de proteção do relé. Um SC pode fornecer correntes de curto-circuito muito altas de várias vezes a corrente nominal. A combinação do SC com um BESS pode, portanto, fornecer uma grande contribuição de corrente de falha sem a necessidade de superdimensionar o inversor BESS para lidar com a grande corrente que ocorre em cenários de falha.

A capacidade de black-start é fornecida pelo inversor de formação de grade BESS. Isso primeiro estabelece a rede local com a qual o SC está sincronizado. O SC adiciona capacidade de corrente de falha e estabilidade de tensão e frequência à medida que a rede maior é reiniciada e construída adicionando geração de energia e cargas adicionais.

O amortecimento de oscilação pode ser melhorado com um SC conectado à rede em combinação com unidades BESS ou adicionando uma função de amortecimento de oscilação de energia (POD) como parte do sistema regulador automático de tensão (AVR) do SC.