Nas secções seguintes serão apresentados os resultados obtidos da utilização dos modelos apresentados no Capítulo 4, e a sua validação. As tabelas onde pode ser vista a aplicação do modelo iterativo e os modelos aproximados para cada um dos cenários pode ser consultada nos Anexos desta dissertação.
5.3.1 Cenário 1
Dos três cenários apresentados na Secção 5.3, este é o cenário mais mediano, em que não existe forte importação proveniente da rede a montante, e as MF existentes têm uma produção razoável.
Com a aplicação do modelo iterativo, verifica-se que as MFC têm disponibilidade para alocar a nova carga, não sendo necessário efetuar nenhum corte de carga relacionado com o balanço consumo/produção. No entanto, devido à inexistência de balanço energético, é necessário realizar-se um corte de aproximadamente 10,77 kW na carga. A Tabela 5-2 apresenta os resultados do corte de carga e os perfis de produção das MFC após o isolamento da MR.
Tabela 5-2 - Resultados obtidos do modelo iterativo no Cenário 1
Corte de carga (kW)
10,77
Produção final SSMT1 (kW)
30
Produção final SSMT2 (kW)
30
Produção final SSMT3 (kW)
29,21
Produção final SOFC (kW)
12,81
Duração do transitório pós
isolamento (s)
56,37
Frequência no final do
transitório (Hz)
49,98
Energia injetada pelo
sistema de
armazenamento após o
isolamento (kJ)
506,81
5.3 - Resultados finais
comparados com os resultados obtidos sem qualquer corte de carga implementado, para as mesmas condições de despacho apresentadas na Tabela 5-2.
Figura 5-1 - Comportamento da frequência na MR durante o isolamento no Cenário 1
Figura 5-2 - Comportamento da injeção de energia pelo sistema de armazenamento no Cenário 1
Pelos resultados apresentados na Tabela 5-2, pode-se comprovar que, com o corte de carga determinado pelo modelo iterativo, o erro de frequência e de injeção de energia pelo sistema de armazenamento é muito baixo. Embora a energia injetada ultrapasse 500 kJ, a diferença vista para a duração do transitório em questão corresponde a um erro muito baixo a nível de potência (cerca de 79 W). Caso este corte de carga não for implementado, a frequência estabiliza em 49,1 Hz, aproximadamente, sendo um erro mais substancial. Além disso, sem qualquer corte de carga, o sistema de armazenamento vai estar continuamente a
48,8 49 49,2 49,4 49,6 49,8 50 50,2 0 20 40 60 80 100 120 140 fr eq u ên ci a (H z) tempo (s)
Frequência c/ deslastre carga Final Transitório Frequência s/ deslastre carga
0 250 500 750 1000 1250 1500 0 20 40 60 80 100 120 140 en er gi a (k J) tempo (s)
injetar energia, o que na realidade é impossível. Em Anexo (Figura A-1) pode ser vista a resposta do sistema de armazenamento e das MFC, em potência, com o deslastre de carga determinado para este cenário.
5.3.2 Cenário 2
Ao contrário do Cenário 1, o Cenário 2 é um cenário mais desfavorável, onde a penetração das MF renováveis é muito baixa, e a produção inicial das MFC é também baixa Estes fatores levam a que haja uma forte importação proveniente da rede MT, e, por consequência, obriga a que haja um corte de carga inicial que garanta que as MFC tenha capacidade para alimentar a nova carga. Desta forma, o corte de carga determinado neste cenário é muito superior ao que foi determinado no Cenário 1, como se pode ver na Tabela 5-3.
Tabela 5-3 - Resultados obtidos do modelo iterativo no Cenário 2
Corte de carga (kW)
64,52
Produção final SSMT1 (kW)
30
Produção final SSMT2 (kW)
30
Produção final SSMT3 (kW)
13,63
Produção final SOFC (kW)
15,54
Duração do transitório pós
isolamento (s)
66,02
Frequência no final do
transitório (Hz)
49,95
Energia injetada pelo
sistema de
armazenamento após o
isolamento (kJ)
639,39
As Figuras 5-4 e 5-5 apresentam, respetivamente, o comportamento da frequência e a injeção de energia por parte do sistema de armazenamento durante o período transitório, comparando estes resultados com os que seriam obtidos sem qualquer deslastre de carga, para as mesmas condições de despacho das MFC.
5.3 - Resultados finais
Figura 5-3 - Comportamento da frequência na MR durante o isolamento no Cenário 2
Figura 5-4 - Comportamento da injeção de energia pelo sistema de armazenamento no Cenário 2
Os erros existentes neste cenário são mais substanciais, em comparação com os obtidos no teste do Cenário 1. Embora o erro cometido a nível da frequência não seja muito significativo, a nível da injeção de energia o erro é algo significativo. No entanto, para esta duração do período transitório, o erro cometido a nível de energia equivale a um erro a nível de potência de 1,45 kW, o que não é um erro muito elevado face à dimensão do sistema em estudo. Em Anexo (Figura A-2) encontram-se representadas as respostas em potência do sistema de armazenamento e das MFC, com os set-points definidos através da determinação do corte de carga. 47,6 48,1 48,6 49,1 49,6 50,1 0 20 40 60 80 100 120 140 fr eq u ên ci a (H z) tempo (s)
Frequência c/ deslastre carga Final Transitório Frequência s/ deslastre carga
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 20 40 60 80 100 120 140 en er gi a (k J) tempo (s)
5.3.3 Cenário 3
Enquanto que nos restantes dois cenários as microturbinas, as primeiras unidades a serem despachadas, realizam uma parte substancial da regulação, no Cenário 3 estas unidades encontram-se com regimes de produção bastante elevados antes de ocorrer o isolamento, o que obriga a que seja a pilha de combustível a alimentar grande parte da nova carga. Na Tabela 5-4 encontram-se representados os resultados obtidos após a determinação do deslastre de carga para este cenário.
Tabela 5-4 - Resultados obtidos do modelo iterativo no Cenário 3
Corte de carga (kW)
46,40
Produção final SSMT1 (kW)
30
Produção final SSMT2 (kW)
30
Produção final SSMT3 (kW)
30
Produção final SOFC (kW)
17,29
Duração do transitório pós
isolamento (s)
32,48
Frequência no final do
transitório (Hz)
49,94
Energia injetada pelo
sistema de
armazenamento após o
isolamento (kJ)
357,65
O comportamento da frequência e da injeção de energia proveniente do sistema de armazenamento podem ser vistos nas Figuras 5-6 e 5-7, respetivamente. Estes resultados são comparados com os resultados que seriam obtidos caso nenhum deslastre de carga fosse feito, nas mesmas condições de despacho apresentadas na Tabela 5-4.
5.3 - Resultados finais
Figura 5-5 - Comportamento da frequência da MR durante o isolamento no Cenário 3
Figura 5-6 - Comportamento da injeção de potência pelo sistema de armazenamento no Cenário 3
Neste cenário, pode-se verificar que, embora exista um desvio de frequência pouco significativo, a energia injetada pelo sistema de armazenamento fica abaixo da sua capacidade, ou seja, este sistema não fica esgotado após o período transitório. Verifica-se assim que, mesmo com MFC com respostas mais lentas a realizarem a maior contribuição, obtém-se um deslastre de carga que garante a operação segura da MR durante o transitório originado pelo isolamento. Em Anexo (Figura A-3) pode ser vista a resposta em potência das MFC e do sistema de armazenamento. 48,4 48,6 48,8 49 49,2 49,4 49,6 49,8 50 0 20 40 60 80 100 120 140 160 fr eq u ên ci a (H z) tempo (s)
Frequência c/ deslastre carga Final Transitório Frequência s/ deslastre carga
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 20 40 60 80 100 120 140 160 en er gi a (k J) tempo (s)
5.4 Conclusões
Ao longo deste capítulo foram apresentados os resultados obtidos da aplicação dos modelos apresentados no Capítulo 4, para diferentes cenários. Como se pôde verificar, os modelos aproximados das respostas dinâmicas das microturbinas e das pilhas de combustível reproduzem resultados próximos da realidade. Além disto, o modelo iterativo de determinação do deslastre de carga é capaz de obter resultados que garantem a operação segura da MR nos momentos subsequentes ao isolamento.
Trata-se de uma solução simplificada mas possível de ser aplicada na prática. Em vez de depender na regulação local aos terminais de cada inversor de acoplamento das MFC, que possuem um controlo do tipo PI, este método foi desenvolvido tendo em vista um controlo centralizado a nível do MGCC. Através de uma monitorização periódica (por exemplo, de 15 a 15 minutos) dos valores de cada controlador local, tanto MC como LC, o MGCC é capaz de criar set-points de operação e determinar um valor de deslastre de carga, preparando assim a MR para uma eventual transição para modo isolado, sem recorrer a modelos de simulação computacionalmente mais difíceis de implementar no MGCC para prever a resposta dinâmica da MR.