Assessment of Demand Response Impact on the Frequency Stability of Low-Inertia Power Systems

Abstract

Como se sabe, a sociedade enfrenta hoje em dia um grande desafio em termos ambientais, devido a fenómenos como as alterações climáticas e o aquecimento global. Com o objetivo de combater estes fenómenos, diversos acordos ambientais como, por exemplo, o acordo de Paris, têm sido assinados, no sentido de reduzir emissões de gases de efeito de estufa e atingir a neutralidade carbónica. Nesses acordos, estão previstas algumas medidas que consistem na progressiva integração de fontes de energia renovável nos sistemas elétricos, substituindo as centrais convencionais nas quais a produção de energia é feita através de combustíveis fósseis. Esta mudança, apesar de apelativa em termos ambientais, traz desafios técnicos à operação do sistema de energia. Ao contrário das máquinas síncronas convencionais, as fontes de energia renovável não estão diretamente acopladas à rede, e o seu interface é feito através de conversores eletrónicos. Como consequência, a inércia síncrona do sistema é diminuída, pondo em risco a estabilidade de frequência do sistema. Esta temática é ainda mais relevante no caso de sistemas isolados ou de pequenas áreas síncronas com pequena capacidade de interligação às áreas principais, como é o caso da Península Ibérica. Por outro lado, as centrais convencionais não só alimentam a carga do sistema, como também desempenham um conjunto de serviços auxiliares indispensáveis à correta exploração do sistema, onde se destacam os serviços de controlo de frequência, através de regulação primária, secundária e terciária. Assim sendo, face à substituição das centrais convencionais, torna-se necessário identificar novas técnicas de controlo de frequência. Dado que a estabilidade de frequência depende de um equilíbrio constante entre produção e consumo, faz sentido explorar a possibilidade de obter serviços de controlo de frequência por parte da procura, através do deslastre de cargas controláveis.Nesse sentido, este trabalho dedicou-se ao estudo da possibilidade de obter serviços de controlo de frequência por parte da procura. Inicialmente, a participação da procura no controlo primário de frequência foi testada, avaliando o seu impacto nos indicadores de estabilidade de frequência. Numa fase posterior, a participação da procura foi também estendida ao controlo secundário de frequência.Para atingir os objetivos acima mencionados, foram desenvolvidos em ambiente Matlab/Simulink os modelos dinâmicos de determinadas cargas do sistema passíveis de participar no controlo de frequência (veículos elétricos, cargas térmicas, eletrolisadores). Os modelos dinâmicos das cargas para regulação primária e secundária foram adicionados a um modelo dinâmico com duas áreas de controlo interligadas, representativo da interligação entre a Península Ibérica e a Europa Central. A plataforma final serviu de base para todos os estudos de simulação efetuados.