Qualidade da energia elétrica no contexto de smart grid

Por Emerson Grzeidak, Jorge Cormane, Anésio de Leles Ferreira Filho e Francisco Assis

     Desde algumas décadas os avanços tecnológicos nas áreas das telecomunicações e os sistemas de informação têm sido um tema explorado pelas empresas do setor energético no sentido de melhorar a eficiência, a confiabilidade, a segurança e a qualidade da energia elétrica (QEE). No entanto, a indústria energética atual enfrenta grandes desafios operativos, tecnológicos, econômicos e ambientais.

     Esses desafios acarretam um aumento na complexidade do gerenciamento da energia elétrica. O sistema de energia elétrica (SEE) do futuro é um sistema desregulamentado com uma elevada penetração da geração distribuída (GD) que só será capaz de fornecer um alto grau de confiabilidade na medida em que fossem aproveitadas as novas tecnologias para o seu fortalecimento. 

     No novo sistema, as decisões vão ser tomadas sobre a direção do desenvolvimento da rede para que possa atender às necessidades da sociedade do século XXI, integrando novas tecnologias em uma infraestrutura moderna e inteligente. O conceito “Smart Grid (SG)” nasce como resposta a essa tendência, mas ainda não está claramente definido, não é único, nem possui

uma única tecnologia associada. Pelo contrário, é uma mistura de vários temas e tecnologias que pode ter abordagens diferentes em contextos diferentes.

     O SEE atual é mais do que uma rede que inclui geração e a demanda. Para o SG o sistema é uma integração entre a geração e o usuário final. A geração centralizada continuará sendo uma peça importante, mas as inserções de novos elementos vão mudar substancialmente a configuração do sistema. A GD, a resposta da demanda, os sistemas de armazenamento e as redes de interligação são alguns exemplos. Até agora, as redes de transmissão são gerenciadas pelo operador do sistema, enquanto as redes de distribuição são centralizadas no usuário. Esta diferença vai desaparecendo gradualmente devido à criação de pequenas redes com despachos de energia de baixo nível. Do lado do cliente, muita coisa tende a mudar. O cliente terá cada vez mais participação no mercado. Um mercado com preços em tempo real, em que a relação entre o usuário e a rede elétrica irá operar em duas direções, assim como as redes de comunicação. A essência do SG é implementada em sete princípios básicos:

 • Auto-reparo em eventos de perturbação de energia;

• Operar com resiliência contra ataques físicos e cibernéticos;

• Possibilitar uma participação ativa dos consumidores;

• Gerar novos produtos, serviços e mercados;

• Possibilitar a incorporação de todas as opções de geração e armazenamento de energia;

• Otimizar os recursos e operar eficientemente;

• Fornecer uma QEE segundo os padrões atuais.

     A base da visão do SG é a sua capacidade sinergética em coordenar recursos múltiplos para efetuar tarefas específicas.

     Um sumário que sintetiza as capacidades do SG é mostrado na Figura 1, que agrupa cinco categorias  funcionais do SG que tem como base um conjunto de áreas fundamentais de interesse.

     Pesquisas na área da energia elétrica têm feito progresso considerável em formular e promover a visão futura sobre o SG. Dentre elas, a QEE é uma consideração importante na confiabilidade e segurança de SG. A importância deve-se ao fato de o SG estar inserido no contexto do surgimento de uma nova estrutura do sistema elétrico. Novos modelos de sistemas elétricos acarretam novos paradigmas, mudança nas normas e nas tecnologias relacionadas à QEE. Desse ponto de vista, a QEE é uma consequência da dinâmica da operação e da inserção de novas tecnologias do sistema elétrico de potência.

Novo paradigma do setor energético

     Os desafios impostos pelo atual mercado e a crescente demanda por energia levaram a uma nova  interpretação da rede elétrica, a qual se encontra concentrada principalmente nos seguintes três tópicos:

• A desregulamentação do setor energético, que tornou um sistema único em um aglomerado de companhias  independentes com clientes.

• As fontes de energia renováveis e eletricidade que está migrando de grandes estações elétricas conectadas ao sistema de transmissão para pequenas unidades conectadas em níveis mais baixos de tensão.

• Consumidores mais cientes dos seus direitos e que exigem uma eletricidade de baixo custo com alta confiabilidade e qualidade.

       As prioridades diferentes para cada tipo diferente de consumidor.

    A desregulamentação no setor elétrico aumenta a gama de escolhas do consumidor. Nesta nova  configuração, o cliente pode escolher seu fornecedor de energia e montar suas preferências. Essa tendência mundial também é observada no Brasil. O setor elétrico brasileiro vem sendo modificado, em sua forma institucional, por leis federais, decretos e resoluções, migrando do controle estatal para o privado.

     O sistema elétrico de potência tradicional é mostrado na Figura 2, em que se podem visualizar os  consumidores como cargas e o fluxo de informações de forma unidirecional.

     No entanto, percebe-se que a rede elétrica está migrando para um modelo conforme mostra a Figura 3. Neste novo modelo, o SG será interativo tanto para as fontes de geração de energia como para as cargas. Os clientes gerarão e comercializarão sua própria energia de acordo com a demanda e a regulamentação. As redes serão suportadas por uma infraestrutura de comunicação bidirecional, de alta velocidade com tecnologias de medição avançada e controle. A estrutura da transmissão e distribuição será interconectada, de modo que consumidores e geradores de todos os tamanhos estejam interligados entre si e com os novos componentes da rede de natureza intermitente, tais como unidades de armazenamento de energia e fontes renováveis. O modelo central e vertical será substituído por um modelo distribuído e desagregado em que diferentes clientes enfatizam diferentes aspectos da nova rede elétrica de acordo com a sua perspectiva.

     O sistema de transmissão e distribuição encontra-se entrelaçados nesse novo modelo: o cliente recebe a energia por um sistema de distribuição, mas também pode utilizá-lo para transportar o excesso de energia gerada e enviá-la de volta para a rede. Desse modo, o sistema de distribuição comporta-se como um sistema de transmissão em pequena escala. Tal processo é decorrente da mudança de grandes estações geradoras de energia para pequenas unidades conectadas a níveis mais baixos de tensão, como as estações de  armazenamento e as fontes renováveis eólicas e solares. Sob esta ótica, os veículos elétricos podem também ser visualizados como dispositivos de armazenamento de energia, em que o usuário poderá emprestar a  energia da bateria em momentos de ociosidade do veículo.

     Neste novo modelo desagregado, os clientes do sistema possuem comportamentos de oferta e demanda diferentes em magnitude da tensão, frequência, forma de onda, etc. Estes fluxos de energia bidirecional precisam de monitoramento e avaliação dinâmica dos diferentes parâmetros de QEE vinculados ao  fornecimento e consumo de energia. Tais tendências, comportamentos e características demandam pesquisas na área de QEE para que o impacto negativo sobre o sistema elétrico seja minimizado e o ganho para todos seja maximizado.

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