Este documento descreve um modelo de compra e venda de energia elétrica através de um sistema de geração em paralelo com a concessionária. O documento explica as principais funções de proteção usadas neste sistema, como sincronismo, proteção contra potência reversa e relés de frequência. Também simula este sistema no MATLAB para medir potências de geração, consumo, exportação e importação.

1. Compra e Venda de Energia Elétrica com Geração
em Paralelo com a Concessionária
Jardel Gonçalves Castro de Sousa, João Batista Ferreira de Carvalho, Ozinilda do Socorro Vieira Nacif e Rafael
Angelin Silva.
Instituto de Ensino Superior da Amazônia, Endereço Avenida Governador José Malcher, 1148 – Nazaré – Belém-PA
Resumo - O sistema de geração de energia elétrica, a central
termoelétrica, em paralelo com a concessionária na usina
siderúrgica, a qual fornece gás como resíduo de seu processo, é
um tipo de sistema, que por sua complexidade nas manobras de
elevadas grandezas químicas, mecânicas e elétricas, requer um
controle que seja capaz de tomar decisões rápidas e eficazes.
Embora abranja vários segmentos da área industrial, focaremos
o nosso objetivo apenas nas simulações e estudo do fluxo de
cargas ocorrido na importação e exportação de energia elétrica
do sistema, as diversas funções de proteção e distúrbios mais
comuns na operação, tornando possível a compreensão de
alguns problemas existentes e a criação de suas possíveis
soluções.
Palavras-chaves  Importação, exportação, compra e venda de
energia elétrica através da central termoelétrica.
I. INTRODUÇÃO
Inicialmente este estudo tinha como tema “Modelagem e
Simulação de Cargas Elétricas no Barramento Industrial”,
como a configuração dos tipos de sistemas enfocados, que
eram o Sistema Elétrico de Potência das usinas Siderúrgicas
Fig.1 que possuem geração de energia elétrica através de
termoelétrica gerando energia elétrica em paralelo com a
concessionária com o uso de um combustível proveniente de
um resíduo do processo industrial, o estudo foi tomando outra
forma, na qual, explicitava nos sistemas de geração em
paralelo a compra e venda de energia elétrica como principal
objetivo.
Então verificamos que para operar com um sistema de
geração de energia elétrica em paralelo com a concessionária,
sendo essa geração com quaisquer que sejam as fontes de
força locomotora exigia-se um sistema de proteção baseado
em resoluções e normas técnicas.
A. Funcionamento e proteções usadas na geração de
corrente alternada em paralelo com outra fonte
Todo sistema de geração de energia que funciona em paralelo
com outras fontes de energia elétrica, sendo a concessionária
ou outro sistema de geração em um determinado barramento
funcionam da seguinte maneira:
1) Quando o gerador que está prestes a entrar em paralelo
está em velocidade e tensão plena após a sua rampa de
partida a primeira situação para paralelismo é verificada pela
proteção com a função de sincronismo. As condições de
sincronismo são frequência, tensão e ângulo de fase. Esta
função tem múltiplo controle, a variação de velocidade
controlada do gerador pela função faz com que o mesmo
obtenha a frequência desejada e o ângulo de fase do referido
barramento já energizado por outra fonte de corrente
alternada. Outra função desta proteção de sincronismo é
verificar a diferença de potencial entre as fases A, B e C do
gerador e as fase do barramento A’, B’ e C’ respectivamente,
o nível de diferença de potencial desejado é zero, porém
existe uma tolerância aceitável para acionar o paralelismo.
Sempre que a sincronização é iniciada o regulador de tensão
controla a tensão para que fique em nível desejado e o
controle de velocidade varia a velocidade do gerador para
encontrar o ângulo de fase e a frequência do barramento que
são os desejados.
Falando ainda da função de sincronismo relacionada a
diferença de potencial entre as fases do gerador e barramento,
sempre que houver uma tentativa de acionar o paralelismo
com tal nível de tensão fora do valor desejado, pode haver
sobrecorrente proveniente da própria diferença de potencial,
acionando a proteção de sobrecorrente temporizada ou a
proteção de sobrecorrente instantânea, ou seja, com estas
funções é possível determinar a tolerância para a diferença de
potencial mencionada anteriormente.
2) Outra das fundamentais proteções de um sistema de
geração em paralelo é a função de proteção contra potência
reversa. Esta função é usada basicamente para que o gerador
nunca seja motorizado, ou seja, para que o gerador não faça
uma geração negativa e se torne um consumidor. Esta
proteção é predeterminada para o gerador opere em uma faixa
de 5 a 100%, por exemplo, da potência nominal do gerador
com os 5% iniciais como uma faixa de segurança. Outra
aplicação para esta função é limitar a potência de exportação
que é a potência excedente ao consumo, ou seja, se a geração
está a 100% e a potência consumida pela carga é 40% então a
exportação é de 60%, neste caso, a potência é vista como
negativa -60% porque está no sentido inverso de entrada.
Esta aplicação é usada para que a geração não possa
alimentar excessivamente uma possível falta da
concessionária em uma, duas ou três fases.
Nos modelos de sistema de geração de energia em questão
podemos destacar como as principais funções de proteção
inseridas no controle, alguns dos os relés de proteção
identificados na tabela ANSI- American National Standards
Institute ou ainda no padrão IEC-61850 International
Eletrotechnical Comission. Os relés de proteção são
dispositivos comutadores eletromecânicos com funções
predeterminadas.

2. 3) Quando uma termoelétrica gera uma potência inferior a
carga consumida em paralelo com a concessionária e ocorre
uma falta da concessionária, desta forma, o sistema
“importava energia”. No ato da falta da concessionária o
controle do gerador o faz assumir toda a potência exigida
pela carga, e assim, acelera desordenadamente o fluxo de
vapor na entrada da turbina para manter os seus parâmetros
de funcionamento, gerando distúrbios que podem fazer atuar
as proteções do sistema, neste caso a ocorrência mais comum
é a atuação do relé de Subfrequência.
4) Quando o sistema gera uma potência superior a carga
consumida em paralelo com a concessionária e ocorre uma
falta da concessionária, desta forma, o sistema “exportava
energia”. No ato da falta da concessionária o controle do
gerador o faz diminuir a potência gerada já que a potência da
carga era menor do que a potência gerada, e assim, desacelera
o fluxo de vapor na entrada da turbina e o comprime na
caldeira para manter os seus parâmetros de funcionamento,
gerando distúrbios qu podem acionar as proteções do sistema,
neste caso a ocorre a atuação do relé de Sobrefrequência.
5) Quando o gerador gera energia em singelo, ou seja, com o
disjuntor da concessionária desligado em equilíbrio perfeito
entre a geração de potência e o consumo. Desta forma o
sistema varia apenas de acordo com as oscilações internas
desconsiderando os parâmetros de sincronismo.
B. Simulação do sistema de geração com parte das
proteções envolvidas.
1) As simulações dos sistemas de geração em paralelo e as
cargas de consumo foram feitas no MATLAB/SIMULINK,
embora nãofuncionassem simultaneamente como da forma
prevista com um sistema unificado funcionando por um
longo tempo, foi possível medir as potências de geração,
consumo, exportação e importação ou compra e venda de
forma simplificada e ainda simular proteções com uma
parametrização baseada em dados obtidos em campo com
condições similares a situação real de funcionamento.
Os programas de simulação dos sistemas são compostos de
Força, medição e controle, onde podemos distinguir os
componentes de força como; fontes trifásicas, geradores,
medidores de energia, motores elétricos, seccionadores e
barramentos. A parte de medição e controle (2) engloba
blocos matemáticos comparadores com entradas analógicas
com saída de sinal digital (booleano), o nível lógico das
saídas das proteções são 1 para situação normal e 0 para
proteção atuada, todos os blocos de proteção estão
conectados em um bloco AND de múltiplas entradas, sempre
que uma proteção atua a saída do bloco passa para nível
lógico 0 e desliga o switch que aciona o seccionador. Caso
todas as proteções estejam em situação normal, as suas saídas
ficam com o nível lógico 1 que entram no bloco AND e
mantém a saída em nível lógico 1 que aciona o switch que
fecha o seccionador.
A Tabela 1 contém as descrições das funções de proteção
mais comuns dos sistemas de geração em paralelo que foram
simuladas neste estudo.
Figura 1. Imagem de simulação de paralelismo.
Figura 2. Detalhe do sistema de controle e proteção.
TABELA 1 RELÉS MAIS USADOS NO SISTEMA
Código Descrição da Função
25
32
46
50
51
59
65
78
81
86
90
Relé de verificação de Sincronismo ou
Sincronização.
Relé direcional de potência
Relé se sequência negativa
Relé de sobrecorrente instantâneo.
Relé de sobre corrente temporizado.
Relé de sobretensão.
Relé regulador de velocidade.
Relé de medição de ângulo de fase/
proteção contrafalta de sincronismo.
Relé de sub / sobrefrequência.
Relé auxiliar de bloqueio.
Dispositivo de regulação.
FONTE: TABELA ANSI/IEC61850
Programa de incentivo às fontes
Alternativas de energia elétrica PROINFA
O Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de Energia
Elétrica PROINFA, descrito pelo Decreto n° 5.025 de 2004,
foi instituído com o objetivo de fomentar a participação da
energia elétrica produzida por empreendimentos concebidos
com base em fontes eólicas, biomassa e pequenas centrais.
Hidrelétricas (PCH) no Sistema Elétrico Interligado Nacional
(SIN) [06].

3. O intuito consiste em diversificar a matriz energética
brasileira, de forma a se obter soluções para aumentar a
segurança no abastecimento de energia elétrica, além de
permitir a valorização das características e potencialidades.
Regionais e locais. A fim de alavancar as metas estabelecidas
pelo programa, o Ministério de Minas e Energia MME ficou
responsável por definir as diretrizes, elaborar o planejamento
do programa e definir o valor econômico de cada fonte.
Porém, a função de agente executor com a elaboração de
contratos de compra e venda de energia (CCVE) coube às
Centrais Elétricas Brasileiras S.A. (Eletrobrás).
Conclusão
Este artigo mostra um modelo de compra e venda de energia
elétrica. Que pode operar com um sistema de geração de
energia elétrica em paralelo com a concessionária, sendo essa
geração com quaisquer que sejam as fontes de força
locomotora. Para se ter uma ideia melhor desta proposta foi
inicialmente feito um estudo mais detalhado dos equipamento
de forma individual para que se pudesse expandir o resultado
obtido nas simulações feitas em nosso sistema . Nosso foco
nas simulações e estudo do fluxo de cargas ocorrido na
importação e exportação de energia elétrica do sistema nos
mostrou que se faz necessário a utilização das diversas
funções de proteção mais comuns na operação, pesquisa esta
que tornou e tornará possível a compreensão de alguns
problemas futuros existentes, e a criação de suas possíveis
soluções.
REFERÊNCIAS
1] J.M, Filho. –Manual de Equipamentos Elétricos. Editora LTC, Terceira
edição.
[2] Agência Nacional de Energia Elétrica – ANEEL, Resolução nº 456, de 29
de novembro de 2000.
[3] WEG INDÚSTRIAS S.A. Módulo 1 comando e proteção. Jaraguá do
Sul: Centro de treinamento de clientes, 2001..
[4]A. E. Fitzgerald,C. K. Junior, S. D. Umans “Maquinas Elétricas” 6ª
Edição
[5]E.Bim.-Máquinas Elétricas e Acionamentos. Editora Campus, Segunda
Edição