Publicação: Análise de distorções harmônicas em data centers: da medição em campo ao estudo de acesso à rede básica
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CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIA
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Resumo
A expansão acelerada dos data centers, impulsionada pela ascensão da Inteligência
Artificial e pela crescente demanda por serviços digitais, tem elevado de forma expressiva o
consumo de energia elétrica e intensificado a preocupação com os impactos desses
empreendimentos sobre a Qualidade da Energia Elétrica (QEE). Em razão da natureza não
linear de suas cargas, sobretudo os sistemas de alimentação ininterrupta (UPS) e os sistemas de
climatização baseados em inversores de frequência, esses empreendimentos constituem fontes
com potênciais geradores de distorções harmônicas, podendo comprometer o desempenho da
rede no ponto de conexão. Diante desse cenário, o presente trabalho tem como objetivo analisar
as distorções harmônicas geradas pela operação de data centers e avaliar estratégias de
mitigação à luz dos requisitos de acesso à Rede Básica. A metodologia adotada articula três
níveis de análise: a medição em campo de uma instalação real de médio porte localizada em
Uberlândia/MG, segundo as diretrizes dos Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica
(PRODIST) Módulo 8; a modelagem computacional das cargas lineares e não lineares no
ambiente MATLAB/Simulink (versão r2025a), com base nos dados medidos; e o estudo de
acesso de um complexo do tipo hyperscale à Rede Básica em 230 kV, conduzido no software
HarmZs em conformidade com a Nota Técnica ONS NT 009/2016 (rev. 03), por meio da
representação da Rede Interna por equivalente de Norton e da Rede Externa por Lugar
Geométrico das admitâncias harmônicas. As medições em campo confirmaram um perfil de
emissão compatível com retificadores de 6 e 12 pulsos, com todos os indicadores de QEE dentro
dos limites normativos. No estudo de acesso, a configuração original apresentou violação do
limite individual da 11ª ordem harmônica no Ponto de Acoplamento Comum (PAC). A inserção
de um filtro passivo sintonizado nessa ordem corrigiu a inconformidade inicial, porém
provocou amplificação da 3ª ordem por efeito de ressonância paralela. A solução definitiva foi
obtida com a instalação de um segundo filtro sintonizado na 3ª ordem, redimensionado de forma
empírica aumentando a potência para 10% da potência da carga (1900 kVAr) e assim reduzindo
a distorção individual para 0,56%, abaixo do limite de 0,6%. Conclui-se que a conexão de
complexos de data centers à Rede Básica é tecnicamente viável, desde que acompanhada de
medidas de mitigação harmônica adequadamente dimensionadas, e que o projeto de filtros deve
ser conduzido de forma sistêmica, considerando a interação global entre os elementos reativos
da instalação e a impedância equivalente da rede.
Abstract
The accelerated expansion of data centers, driven by the rise of Artificial Intelligence
and the growing demand for digital services, has significantly increased electrical energy
consumption and intensified concerns regarding the impacts of these facilities on Power Quality
(PQ). Due to the non-linear nature of their loads, especially uninterruptible power supply (UPS)
systems and frequency inverter-based cooling systems, these facilities act as potential sources
of harmonic distortions, which can compromise grid performance at the point of connection.
Given this scenario, the present work aims to analyze the harmonic distortions generated by
data center operations and evaluate mitigation strategies in light of the access requirements for
the Bulk Power System (Rede Básica). The adopted methodology articulates three levels of
analysis: field measurements of a real medium-sized facility located in Uberlândia/MG,
according to the PRODIST Module 8 guidelines; computational modeling of linear and nonlinear loads in the MATLAB/Simulink environment, based on the measured data; and the access
study of a hyperscale complex to the 230 kV Bulk Power System, conducted in the HarmZs
software in accordance with ONS Technical Note NT 009/2016 (rev. 03), representing the
Internal Network with a Norton equivalent and the External Network using the Geometric
Locus of harmonic admittances. Field measurements confirmed an emission profile compatible
with 6- and 12-pulse rectifiers, with all PQ indicators within regulatory limits. In the access
study, the original configuration showed a violation of the individual limit for the 11th harmonic
order at the Point of Common Coupling (PCC). The insertion of a tuned passive filter for this
order corrected the initial non-compliance but caused an amplification of the 3rd harmonic
order due to a parallel resonance effect. The definitive solution was achieved by installing a
second filter tuned to the 3rd order, empirically resized by increasing its power to 10% of the
load power (1900 kVAr), which reduced the individual distortion to 0.56%, remaining below
the 0.6% limit. It is concluded that the connection of data center complexes to the Bulk Power
System is technically viable, provided it is accompanied by properly sized harmonic mitigation
measures, and that the filter design must be conducted systemically, considering the global
interaction between the facility's reactive elements and the equivalent grid impedance.
Palavras-chave
Data Center, Qualidade da Energia Elétrica, Rede Básica, Harmônicos, Requisitos de Acesso, ONS, Engenharia Elétrica
Citação
FERREIRA, Ítalo Leonardo Faria. Análise de Distorções Harmônicas em Data Centers: da Medição em Campo ao Estudo de Acesso à Rede Básica. 2026. 99 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2026.554.