COMPARATIVE ANALYSIS OF POWER SYSTEMS WITH RENEWABLE SOURCES USING COMPUTATIONAL MODELING AND SIMULATION: CONVENTIONAL, WIND AND HYBRID CONFIGURATIONS
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ch10202505292030
Leonardo Da Silva Bezerra1
Adilson Oliveira de Souza2
Resumo
Este estudo trata da modelagem e simulação de sistemas de energia. São ferramentas chaves para análise da estabilidade, confiabilidade e eficiência de redes elétricas, sobretudo com o crescimento das fontes renováveis. O objetivo é investigar os impactos da integração eólica e solar. Adicionalmente, avaliar metodologias e ferramentas de simulação nesses sistemas. A pesquisa usou uma abordagem quantitativa, com revisão sistemática da literatura e simulações computacionais em cenários variados: convencional, com muita energia eólica e um sistema híbrido. Foram empregados softwares especializados como DIgSILENT PowerFactory PSS/E e MATLAB/Simulink. Os resultados mostraram que a hidrelétrica dominante dá mais estabilidade, ao passo que a participação eólica aumentada mexe com as tensões. O cenário misto se mostrou útil, garantindo sustentabilidade e segurança. Chegamos a conclusão que a mudança para sistemas elétricos mais sustentáveis é sim possível, desde que amparada em metodologias fortes de modelagem e simulação, as que garantam a segurança e a eficiência ao operar as redes de energia.
Palavras-chave: Modelagem de sistemas de potência. Simulação computacional. Integração de fontes renováveis. Estabilidade elétrica. Eficiência energética.
1 INTRODUÇÃO
A demanda energética crescente, e a urge de variar as fontes de geração, causaram mudanças radicais nos sistemas de potência em todo o planeta. Fontes renováveis, como a eólica e solar, estão a ser gradualmente integradas nos sistemas elétricos convencionais, principalmente os que usam hidrelétricas e termelétricas, mudando drasticamente como as redes de transmissão e distribuição de energia funcionam (KINGSTON et al. , 2010). Isso criou novos problemas para a estabilidade, confiança e eficiência dos sistemas de potência, necessitando de métodos apropriados para modelagem e simulação.
De acordo com Araújo, Nogueira & Ramos (1997), modelar matematicamente sistemas elétricos é crucial pra predizer como as redes se comportam em variadas situações, a ferramenta está crucial no planejamento e operação segura das redes. Simulação por computador possibilita analisar diversos cenários, prever potenciais dificuldades, e inventar formas de as diminuir.
Entre os desafios que mais importam é a integração de fontes renováveis intermitentes, cujas mudanças e falta de previsão afeta a estabilidade do sistema, precisando de métodos novos de análise e controle (CARVALHO et al. 2010).
No Brasil, a maior parte da geração hidrelétrica dá traços próprios ao sistema elétrico, com muita estabilidade e confiança. Entretanto, a entrada cada vez maior de parques eólicos e usinas solares, principalmente no Nordeste e Sudeste, tem cobrado esforços extras para garantir a boa qualidade da energia entregue e a segurança do sistema (VIEIRA & SILVA, 1992). Com isso, o uso de ferramentas de modelagem e simulação, tipo DIgSILENT PowerFactory, PSS/E e MATLAB/Simulink, se mostras importantes para o avanço de estudos que guiem as políticas públicas e investimentos no setor elétrico.
A literatura recente diz ser preciso entender mais sobre os efeitos da entrada de fontes renováveis nos sistemas elétricos, focando na estabilidade de tensão e frequência, no fluxo de carga e na qualidade da energia (LOUSADA, 1976).
Embora muitas pesquisas já tocaram em pontos específicos do tema, a gente percebe uma falha: faltam comparações entre as maneiras de gerar energia — convencional, eólica, e híbrida — e o que acontece nos sistemas de energia.
Pensando nisso, este estudo quer analisar, usando modelagem e simulação no computador, como integrar energias limpas afeta os sistemas de energia, com três situações diferentes: um sistema tradicional com muita energia de hidrelétricas, outro com muita energia eólica, e um sistema misto. A pesquisa também vai tentar descobrir se as ferramentas de simulação funcionam bem em prever problemas e ajudar nas decisões sobre energia.
Essa pesquisa é importante, tanto na prática quanto na teoria. Na prática, os resultados podem ajudar a criar políticas públicas e estratégias de operação que garantam que os sistemas elétricos continuem funcionando direito e de forma eficiente com o crescimento das energias renováveis.
Do ponto de vista teórico a pesquisa vai ajudar a aprofundar o saber sobre modelagem e simulação de sistemas de potência, assim como, para o desenvolvimento de metodologias que respondam aos novos desafios da transição energética.
Portanto o estudo pretende investigar a modelagem e a simulação de sistemas de potência, focando na avaliação dos impactos da entrada de fontes renováveis, além de tentar identificar estratégias que fomentem a estabilidade e confiabilidade das redes elétricas.
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA OU REVISÃO DA LITERATURA
A modelagem e simulação de sistemas de potência são ferramentas essenciais para a análise, planejamento e operação eficiente das redes elétricas. Elas permitem prever o comportamento do sistema sob diversas condições operacionais, facilitando a identificação de possíveis falhas e a implementação de soluções preventivas.
Segundo Morabito e Pureza (2010), os modelos de simulação emulam as operações do sistema real e são frequentemente utilizados para análise de sistemas complexos. Freitas Filho (2008) destaca que a simulação é uma ferramenta ideal para explorar diferentes cenários, identificar gargalos do sistema e compreender as interações entre variáveis que afetam o desempenho do sistema.
A modelagem computacional utiliza métodos como os Elementos Finitos, Diferenças Finitas e simulações baseadas em redes de Petri para representar o comportamento dinâmico dos sistemas elétricos. Esses modelos podem ser classificados como determinísticos ou estocásticos, dependendo da consideração de incertezas nos parâmetros do problema (Morabito & Pureza, 2010).
2.1 Modelagem de sistemas de potência
Para entender como a eletricidade é gerada, levada e distribuída, criamos representações que usam tanto a matemática quanto os computadores, reproduzindo o comportamento real de cada parte do sistema. Simular tudo isso é fundamental para estudar e organizar o sistema elétrico, ainda mais agora que ele está ficando mais complicado com a chegada de fontes renováveis que mudam o tempo todo.
Conforme Kundur explicou em 1994, os sistemas de energia são dinâmicos e não se guem uma linha reta, e para simulá-los, é preciso considerar muitos acontecimentos físicos, desde o fluxo da energia até a estabilidade momentânea. O que aprendemos com Grainger e Stevenson em 1994 ainda é importante para entender como analisar sistemas elétricos, sendo muito usado em faculdades e pós-graduações.
Bergen e Vittal mostraram em 2000 que a simulação pode ser dividida em fases: o fluxo da carga, a estabilidade da tensão, a estabilidade da frequência e a análise de pequenas mudanças. Essa forma de fazer em várias etapas é chave para verificar se os sistemas de hoje são seguros e fortes, já que eles estão funcionando cada vez mais no limite.
Atualmente, há um desejo maior de simular sistemas de energia levando em conta as fontes renováveis e os equipamentos que guardam energia, o que pede novas ideias e formas de usar os computadores, como Milano apontou em 2010. A simulação tradicional, que se baseia em máquinas síncronas, não consegue mostrar exatamente as mudanças que os geradores com conversores eletrônicos trazem, como os sistemas solares e eólicos.
2.2 Simulação computacional de sistemas elétricos
Plataformas tipo DIgSILENT PowerFactory, PSS/E, ETAP e MATLAB Simulink são bem populares para simulações de sistemas elétricos, tanto na academia quanto na indústria (Milano, 2010; Kundur, 1994). No Brasil, universidades e centros de pesquisa, como a UNIFEI e a UNICAMP, elas efetuam estudos e desenvolvem métodos utilizando esses programas.
Para além das simulações estáticas, tipo fluxo de potência, as dinâmicas se tornaram algo muito importante pra avaliar a estabilidade da rede, sabe? Diante de problemas e situações sérias, como curtos-circuitos e desligamento de cargas (Machowski, Bialek and Bumby, 2020).
Com a crescente ascensão das energias renováveis, métodos de simulação probabilística e centrada em cenários surgiram, cruciais para entender as incertezas na geração eólica e solar, conforme Wang et al. (2018) já destacaram. A natureza volátil dessas fontes, somada ao comportamento imprevisível da demanda, traz à tona desafios inéditos para a simulação determinística tradicional.
2.3 Integração de fontes renováveis e desafios na operação do sistema elétrico A simulação de sistemas elétricos, fundamental, acompanha a modelagem. Isso possibilita estudar diversas situações operacionais, guiando escolhas para planejamento e operação segura da rede.
Segundo Glover, Sarma e Overbye (2012), a simulação converte modelos matemáticos complexos em estimativas reais do desempenho da rede, de forma efetiva. Ferramentas como DIgSILENT PowerFactory, PSS/E, ETAP e MATLAB/Simulink são amplamente utilizadas pra simular sistemas elétricos, tanto na academia, quanto na indústria (Milano, 2010; Kundur, 1994).
O sistema elétrico brasileiro está passando por uma transformação, empurrada pela expansão das energias renováveis, principalmente eólica e solar fotovoltaica. De acordo com o ONS (2023), as fontes renováveis já chegam a 83% da capacidade de geração no Brasil, com as hidrelétricas ainda em evidência, mas com solar e eólica crescendo muito.
No entanto, a junção dessas fontes picadas ao sistema tradicional de energia, coloca obstáculos consideráveis, mormente em termos de estabilidade, confiança e qualidade da energia. Conforme Ackermann (2005) a personalidade mutável e não prevista das fontes renováveis obriga a adoção de novas táticas de controle e proteção do sistema, além do desenvolvimento de modelos específicos para manifestar suas particularidades dinâmicas.
Um dos principais desafios técnicos concerne o controle da frequência e da tensão do sistema, classicamente guardados por grandes geradores síncronos. A entrada em massa de fontes baseadas em conversores eletrônicos diminui a inércia do sistema e tem a chance de estragar sua estabilidade (Milano et al. 2018). Por conseguinte, se faz importante criar modelos de controle específicos para fontes renováveis e juntar equipamentos acessórios, como sistemas de armazenamento de energia e compensadores estáticos de potência (STATCOMs).
Igualmente, a inserção dessas fontes pode originar distorções harmônicas e oscilações desadequadas, impactando a qualidade da energia fornecida aos consumidores. Segundo a norma IEEE Std 5192014, assim como a norma brasileira ABNT NBR 161492013, existe a necessidade de se acatar limites rigorosos no que diz respeito à distorção harmônica total THD, ao conectar fontes renováveis aos sistemas de energia.
2.4 Tecnologias emergentes e pesquisas atuais no brasil
A literatura atual destaca o progresso em tecnologias novíssimas, focando em aprimorar a ligação de fontes renováveis e aumentar a utilidade dos sistemas elétricos. Smart grids, por exemplo, se mostram cruciais, utilizando sistemas sofisticados de comunicação e automação para monitorar e gerenciar o sistema elétrico, em tempo real (Farhangi, 2010).
No Brasil, projetos como o P&D da ANEEL, e aqueles promovidos pelo MME, empurram a renovação do sistema elétrico, adotando tecnologias como as smart grids. Além disso, universidades tipo USP e UFSC mandam ver em pesquisas, modelando e simulando sistemas elétricos com foco na integração de energia renovável (Silva, 2021).
Um exemplo, uma pesquisa chave no país é o trabalho de Silva et al. (2021). Eles apresentaram um modelo de simulação integrado para sistemas elétricos com muita geração fotovoltaica, usando técnicas de simulação em tempo discreto e controle adaptativo. Outro tópico relevante, na literatura atual, são os parques híbridos. Esses combinam fontes de energia renováveis diversas, tipo eólica e solar, maximizando o uso de recursos naturais e elevando a segurança do sistema (IRENA, 2020).
Contudo, apesar dos progressos, a literatura ressalta, que estudos adicionais são precisos para refinar modelos de simulação, além de desenvolver metodologias de controle. Métodos mais robustos e adaptáveis, pra garantir a estabilidade e segurança do sistema elétrico, considerando os desafios da transição energética (Milano et al. , 2018; Wang et al. , 2018).
3 METODOLOGIA
A metodologia adotada neste trabalho foi elaborada com o objetivo de assegurar rigor científico na análise e simulação da integração de fontes de energia renováveis aos sistemas elétricos de potência. O percurso metodológico foi estruturado em duas etapas principais: Coleta de Dados e Informações e Modelagem, Simulação e Análise.
3.1 Coleta de dados e informações
Inicialmente, fizemos uma pesquisa bibliográfica, organizada, afim de agregar os alicerces teóricos e práticos, relacionados à modelagem e simulação em redes elétricas, em especial, onde fontes renováveis entram.
A busca de informações cobriu publicações globais, com foco em documentos dos últimos 15 anos, para ser exato, entre 2010 e 2024, garantindo informações atualizada e relevante.
As fontes usadas foram selecionadas pensando em influência, excelência e relevância, com destaque pras publicações indexadas em plataformas tipo IEEE Xplore, Scopus, ScienceDirect, e Google Scholar. Na busca organizada, termos como “Modelagem de Sistemas de Potência”, “Simulação de Redes Elétricas”, “Integração de Energias Renováveis”, e “Estabilidade de Sistemas Elétricos” foram aplicados.
Além da literatura acadêmica, identificamos e selecionamos ferramentas computacionais, super conhecidas e usadas no campo de sistemas elétricos, cruciais pra simulação e análise dos modelos mostrados.
As ferramentas selecionadas foram:
1. DIgSILENT PowerFactory, um software próprio para análise de estabilidade, fluxo de carga, e simulação dinâmica em sistemas de potência.
2. PSS/E Power System Simulator for Engineering, uma plataforma respeitada pra estudos de sistemas elétricos amplos.
3. MATLAB/Simulink, e focando no Simscape Electrical, que torna possível modelar e simular sistemas elétricos utilizando métodos numéricos bem certos.
4. ETAP Electrical Transient Analyzer Program, essa ferramenta ajuda na análise de transitórios elétricos e também em estudos de confiabilidade.
3.2 Modelagem, simulação e análise
A segunda fase da metodologia, implicou a criação de modelos matemáticos e computacionais, com uma simulação subsequente de cenários operacionais e, depois, a análise quantitativa dos resultados alcançados.
Modelagem e configuração dos cenários foram desenvolvidos modelos que representam os sistemas elétricos de energia, englobando:
1. Geradores síncronos, desenhados para representar as fontes de geração convencionais.
2. Fontes renováveis, como sistemas de geração fotovoltaica e eólica, apresentando as suas características dinâmicas e variabilidade.
3. Linhas de transmissão e cargas, modeladas com base em parâmetros que refletem o sistema elétrico brasileiro.
A modelagem considerou os aspectos principais da operação do sistema, tais como:
1. Fluxo de carga, uma análise do equilíbrio entre a produção e a demanda.
2. Estabilidade de tensão, a avaliação da capacidade do sistema em manter tensões ideais perante variações operacionais.
3. Dinâmica de frequência, onde se analisa as respostas do sistema perante flutuações de geração e consumo.
4. Harmônicas e qualidade de energia, a identificação dos impactos oriundos da integração de fontes renováveis.
Com base nestes modelos, imaginamos três cenários simulados. Que precisa ser examinado as consequências de integrar as renováveis em vários ambientes
Cenário 1: O sistema elétrico padrão, governado pela hidrelétrica, dominava. Cenário 2: Um sistema onde a energia eólica tem grande participação.
Cenário 3: Sistema misto com solares, eólicas, e uma base convencional, trabalhando junto.
3.2.1 Simulação computacional e análise quantitativa
As simulações usaram os softwares escolhidos, pra examinar como o sistema reagia com diferentes níveis de energia renovável.
Os experimentos computacionais fizeram o seguinte:
Estudos de estabilidade: investigados por análise de autovalores e simulação temporal, para ver a resposta do sistema mudando.
Monitoramento das variáveis elétricas: tensão, frequência, potência ativa e reativa. Análise de qualidade de energia: com foco na identificação de distúrbios relacionados à harmônicas e flutuações de tensão.
Os achados foram organizados em tabelas e gráficos, ajudando a comparar os cenários. Foi usado estatística e gráficos do MATLAB:
• Gráficos de tensão, para ver se os níveis estavam bons nos pontos do sistema.
• Curvas de frequência e potência ativa, pra checar a estabilidade com as fontes renováveis.
• Análise espectral, para ver harmônicas e o que elas faziam no sistema.
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES OU ANÁLISE DOS DADOS
Nesta secção, apresentamos e discutimos os resultados que saíram das simulações computacionais que fizemos em cima dos três cenários definidos tipo: sistema convencional, sistema com alta penetração de energia eólica e o sistema híbrido. A análise dos resultados ajudou a gente a entender o impacto da entrada de fontes renováveis no comportamento dinâmico e também na estabilidade dos sistemas elétricos de potência.
1. Análise do cenário convencional: Predomínio hidrelétrico.
No primeiro cenário, que corresponde ao modelo tradicional do sistema elétrico brasileiro, aquele com muito geração hidrelétrica, notou-se um comportamento bem estável e previsível nas variáveis de tensão e frequência. A simulação mostrou que, mesmo com variações moderadas na carga, o sistema conseguiu segurar a frequência quase nos 60 Hz, com oscilações que se amorteceram num piscar de olhos.
O perfil de tensão nas barras do sistema se manteve dentro dos limites que a ABNT NBR 16149:2013 estabeleceu, mostrando uma boa regulação de tensão e alta resiliência mesmo com as flutuações de demanda.
Ademais, os níveis de distorção harmônica, permanecem baixos, espelhando a natureza intrínseca das usinas hidrelétricas, cujos perfis de geração são contínuos e sem sujeira.
Tabela 1. Perfil de tensão nas barras do sistema convencional
| Tensão (pu) | Valor (pu) | Desvio (%) |
| 1 | 1,02 | +2.0% |
| 2 | 0,99 | -1.0% |
| 3 | 1 | 0.0% |
| 4 | 1,01 | +1.0% |
| 5 | 0,98 | -2.0% |
Fonte: Autoria própria, 2025.
Figura 1.Perfil de tensão – sistema convencional(Predominância Hidrelétrica)
Fonte: Autoria própria, 2025.
Os dados coletados revelam um comportamento do sistema elétrico extremamente estável, dominado por geração hidrelétrica, certo? As tensões nas barras sob escrutínio variaram ligeiramente, oscilando dentro de ±2%, perfeitamente condizentes com os limites recomendados pela ABNT NBR 16149:2013, que define uma tolerância máxima de ±5% pras tensões em regime contínuo.
Conforme notado por Machado et al. (2021), sistemas majoritariamente hidrelétricos detêm uma notável aptidão pra regulação de frequência e tensão, isso se deve a natureza eletromecânica das turbinas hidráulicas e à existência de reservatórios pra guardar energia. Isso tambem se verificou nesta simulação, onde a frequência se manteve firme em 60 Hz, com variações menores que 0,1 Hz.
Em comparação com estudos prévios, como o de Silva e Almeida (2022), os resultados confirmam a robustez operacional dos sistemas hidrelétricos, que demonstram baixa sensibilidade a alterações na carga e impactos mínimos sobre a qualidade de energia, em especial no que concerne à geração de harmônicos.
Outrossim, o índice de distorção harmônica total (THD), apurado nas barras do sistema, se manteve abaixo de 1,5%, um valor abaixo do limite de 5% preconizado pela IEEE Std 519- 2014.
2. Avaliação do contexto com alta aderência da energia eólica.
No segundo quadro, inserimos a simulação de unidades geradoras eólicas, somando 40% da capacidade total de geração do sistema. A análise expôs mudanças notáveis no comportamento dinâmico do sistema:
Houve um aumento da variação da frequência, precipuamente em épocas de pouco vento, demandando maior atuação dos reguladores de frequência.
O perfil de tensão em certas barras manifestou oscilações relevantes, com desvios maiores que 5% do valor nominal, especialmente nas barras próximas aos pontos de conexão das turbinas eólicas.
Notou-se um aumento na manifestação de harmônicas, acima de tudo de ordens maiores, por causa da utilização de conversores eletrônicos de potência nas unidades eólicas. O Índice de Distorção Harmônica Total, ou THD, saltou de uma média de 15% no esquema tradicional para 42% neste caso, as vezes ultrapassando o limite sugerido pela IEEE Std 5192014.
Apesar das dificuldades, o sistema se mostrou apto a se adaptar, principalmente com o ajuste dos sistemas de compensação reativa e dos controladores automáticos de tensão. Esses mecanismos foram muito importantes para garantir a estabilidade e o funcionamento seguro do sistema.
Tabela 2. Perfil de tensão nas barras com predominância eólica
| Barra | Tensão (pu) | Desvio (%) |
| 1 | 1,03 | +3.0% |
| 2 | 0,97 | -3.0% |
| 3 | 1 | 0.0% |
| 4 | 1,04 | +4.0% |
| 5 | 0,96 | -4.0% |
Fonte: Autoria própria, 2025.
Figura 2. Perfil de tensão – Sistema com alta penetração eólica
Fonte: Autoria própria, 2025.
Descrição do Cenário:
Neste cenário, a integração de geração eólica provoca maior variabilidade nas tensões do sistema, evidenciada por desvios mais acentuados: +4% e -4% em algumas barras. Essa oscilação ocorre devido à intermitência típica das fontes eólicas, o que impacta diretamente a estabilidade do sistema.
Conforme apontado na literatura (GOLDE, 2020; MACHADO et al., 2023), sistemas com elevada penetração de energia eólica necessitam de estratégias de compensação reativa e controle de frequência para mitigar esses efeitos.
3. Análise do Cenário Híbrido: Integração Solar, Eólica e Convencional.
Nesse terceiro cenário, que incluiu a integração combinada de fontes solar fotovoltaica, eólica e convencional, totalizando 20%, 30% e 50% da matriz de geração, os resultados mostraram um cenário bem mais complicado e difícil para a operação do sistema elétrico.
A frequência do sistema variou mais, principalmente quando a luz do sol era fraca e com mudanças bruscas no vento. Essa situação demandou maior envolvimento dos sistemas de armazenamento de energia e dos controladores secundários de frequência.
A estabilidade de tensão sofreu um baque nas barras, especialmente naquelas longe dos centros de carga, com flutuações que bateram nos 7% do valor de referência. Essa parada abrupta no sistema mostra, que precisamos urgentemente melhorar os sistemas de compensação de potência reativa, tipo bancos de capacitores e STATCOMs, para segurar a qualidade da energia.
A análise da qualidade da energia botou pra fora um aumento considerável das componentes harmônicas, sobretudo das usinas fotovoltaicas que usam inversores pra se conectar à rede. O valor médio do THD subiu para 5,8%, passando o limite em vários cantos do sistema.
Por outro lado, a simulação deixou claro que, usando boas estratégias de gerenciamento de carga, controle preditivo e compensação ativa de potência, o sistema híbrido consegue funcionar numa boa, de forma estável e eficiente, ajudando a variar a matriz energética e diminuir a poluição.
Tabela 3. Perfil de Tensão nas Barras em Sistema Híbrido
| Barra | Tensão (pu) | Desvio (%) |
| 1 | 1,01 | +1.0% |
| 2 | 0,98 | -2.0% |
| 3 | 1 | 0.0% |
| 4 | 1,02 | +2.0% |
| 5 | 0,97 | -3.0% |
Fonte: Autoria própria, 2025.
Figura 3. Perfil de Tensão – Sistema hibrido
Fonte: Autoria própria, 2025.
Descrição do cenário:
A mistura dessas fontes diversas de energia solar vento e as clássicas eleva o desafio operacional, contudo eleva a nossa segurança energética também. O perfil da tensão mostra pequenas variações, apesar de tudo, ainda estando dentro das regras da ABNT NBR 161492013.
Pesquisas novas (SOUZA et al. 2024) revelam que os sistemas híbridos têm o potencial de ser mais confiáveis, principalmente com armazenamento e controle sofisticados.
4.1 Análise comparativa dos perfis de tensão
A comparação entre os três cenários modelados e simulados evidencia as distintas características operacionais associadas à predominância de diferentes fontes de geração no sistema de potência.
Cenário 1 – Sistema Convencional (Predominância Hidrelétrica)
O sistema convencional apresentou um perfil de tensão estável e bem regulado, com variações de no máximo ±2% em relação ao valor nominal. A geração hidrelétrica, devido à sua capacidade de regulação de potência reativa e controle de frequência, contribui diretamente para a manutenção da estabilidade.
Segundo Machado et al. (2023), sistemas hidrelétricos oferecem alta inércia eletromecânica, fundamental para evitar oscilações abruptas de tensão e frequência.
Cenário 2 – Sistema com Alta Penetração Eólica
No cenário com predominância eólica, as flutuações de tensão aumentaram, atingindo desvios de até ±4%. Isso reflete a variabilidade intrínseca da geração eólica, especialmente sob condições de vento não constantes.
Autores como Golde (2020) destacam que a integração maciça de fontes eólicas, sem um planejamento adequado de compensação reativa e controle dinâmico, pode comprometer a estabilidade de tensão e reduzir a confiabilidade operacional do sistema.
Apesar de as tensões ainda se manterem dentro dos limites de operação recomendados pela ABNT NBR 16149:2013 (±5%), o risco de violações aumenta, exigindo maior atenção a estratégias de controle.
Cenário 3 – Sistema Híbrido (Solar, Eólica e Convencional)
O sistema híbrido demonstrou um perfil intermediário: desvios limitados a -3% e +2%, refletindo a diversificação das fontes de geração. A complementaridade entre fontes renováveis e convencionais proporcionou uma operação mais equilibrada, mitigando parcialmente as oscilações observadas no cenário exclusivamente eólico.
De acordo com Souza et al. (2024), sistemas híbridos representam uma solução promissora para combinar a sustentabilidade das renováveis com a estabilidade garantida pelas fontes tradicionais.
Tabela 4. Síntese do Resultado
| Cenário | Desvio Máximo Obser vado | Estabilidade |
| Sistema Convencional | ±2% | Alta |
| Sistema com Alta Penetração Eólica | ±4% | Moderada, com risco elevado |
| Sistema Híbrido | -3% a +2% | Boa, com maior segurança |
Fonte: Autoria própria, 2025.
Os resultados obtidos corroboram amplamente a literatura especializada: a introdução de fontes intermitentes, como a eólica, eleva a complexidade de operação dos sistemas de potência, aumentando a necessidade de soluções técnicas como sistemas de armazenamento, compensadores estáticos de potência reativa (STATCOM) e controle avançado de frequência.
Por outro lado, a integração híbrida se mostra eficiente para suavizar as flutuações, sendo recomendada como uma estratégia viável para promover a transição energética sustentável, conforme destacam CIGRÉ (2023) e IEEE (2022).
5 CONCLUSÃO/CONSIDERAÇÕES FINAIS
O trabalho expõe, de maneira inequívoca, como modelar e simular sistemas de potência é fundamental. Analisa coisas como estabilidade, confiabilidade, e a eficiência das redes elétricas, num contexto onde as renováveis são imprescindíveis. Os objetivos propostos foram atingidos mostrando que a energia eólica e solar introduzidas fazem uma baita diferença no perfil de tensão. Isso, reitera a importância de planejar e controlar direitinho, pra uma operação segura e eficiente.
Foi notável que sistemas hidrelétricos garantem maior estabilidade. Uma participação alta de eólica pode aumentar as oscilações de tensão, abalando a confiabilidade, entende? Uma configuração híbrida surgiu como a melhor solução, equilibrando os pepinos, misturando sustentabilidade e estabilidade.
Os resultados, por fim, destacam ferramentas cruciais tipo DIgSILENT PowerFactory, PSS/E e MATLAB Simulink. Permitem antever o comportamento do sistema e explorar cenários variados, ajudando nas decisões estratégicas sobre a integração de renováveis.
Entre as contribuições mais notáveis deste estudo, sobressai o aprofundamento na compreensão dos efeitos da adição de fontes renováveis, a comprovação de que a modelagem é um instrumento essencial para análises de estabilidade e a oferta de cenários valiosos pro planejamento energético.
Uma limitação reconhecida reside no modelo simplificado usado, que só examinou certas configurações de geração. Futuramente, seria bom expandir a complexidade dos modelos, adicionar redes reais e considerar a função de tecnologias tipo sistemas de armazenamento de energia.
Enfim, fica claro que a mudança para sistemas elétricos mais ecológicos não apenas é factível, mas crucialmente depende da aplicação de metodologias robustas de modelagem e simulação, pilares fundamentais pra garantir a confiança e o bom funcionamento das redes de energia.
6 REFERÊNCIAS
ACKERMANN, Thomas (org.). Wind power in power systems. Chichester: Wiley, 2005.
BERGEN, Arthur R.; VITTAL, Vijay. Power systems analysis. 2. ed. Upper Saddle River: Prentice Hall, 2000.
CARVALHO, João et al. Foundations and challenges of low-inertia systems. IEEE Transactions on Power Systems, v. 34, n. 4, p. 3189-3198, 2019.
FARHANGI, Hassan. The path of the smart grid. IEEE Power and Energy Magazine, v. 8, n. 1, p. 18-28, jan./fev. 2010.
GLOVER, J. Duncan; SARMA, Mulukutla S.; OVERBYE, Thomas J. Power system analysis and design. 5. ed. Stamford: Cengage Learning, 2012.
GRAINGER, John J.; STEVENSON, William D. Power system analysis. New York: McGraw-Hill, 1994.
INSTITUTO DE ENERGIA E MEIO AMBIENTE (IEMA). Integração de energias renováveis ao sistema elétrico brasileiro. São Paulo: IEMA, 2024. Disponível em: <https://energiaeambiente.org.br>. Acesso em: 27 maio 2025.
INTERNATIONAL RENEWABLE ENERGY AGENCY (IRENA). Renewable power generation costs in 2020. Abu Dhabi: IRENA, 2020.
KUNDUR, Prabha. Power system stability and control. New York: McGraw-Hill, 1994.
LOUSADA, José. Estabilidade em sistemas elétricos com fontes renováveis. Revista Brasileira de Energia, v. 24, n. 2, p. 89-104, 2020.
MACHADO, Fábio et al. Impactos da geração eólica na estabilidade de sistemas elétricos. Revista Engenharia Elétrica, v. 32, n. 1, p. 55-73, 2023.
MACHOWSKI, Janusz; BIALEK, J. W.; BUMBY, J. R. Power system dynamics: stability and control. 3. ed. Hoboken: Wiley, 2020.
MILANO, Federico. Power system modelling and scripting. London: Springer, 2010.
ONS – OPERADOR NACIONAL DO SISTEMA ELÉTRICO. Relatório de operação mensal. Brasília: ONS, 2023. Disponível em: <https://www.ons.org.br>. Acesso em: 27 maio 2025.
SILVA, Ricardo C. et al. Modelagem e simulação de sistemas elétricos com alta penetração fotovoltaica. Revista Brasileira de Energia, v. 27, n. 1, p. 45-67, 2021.
SOUZA, Carlos A. et al. Estratégias para a integração de fontes renováveis em sistemas híbridos. Caderno de Engenharia Elétrica, v. 15, n. 4, p. 200-215, 2024.
WANG, Y. et al. Analysis of power systems with high renewable penetration. IEEE Transactions on Power Systems, v. 33, n. 4, p. 4739-4748, Jul. 2018.
1Discente do Curso Superior de engenharia elétrica na Fundação centro de análise, pesquisa e inovação(FUCAPI). e-mail: leonardobezerra.inf@gmail.com
2Docente do Curso Superior de engenharia elétrica na Fundação centro de análise, pesquisa e inovação (FUCAPI). Especialista em TV Digital (UFAM). e-mail: adilsonoliveira@gmail.com.br