Aspectos de Sistemas de Transmissão HVDC: Conceitos e Exemplos

Transmissão em HVDC CCAT Corrente Contínua em Alta Tensão Cláudio Morais de Assis Silva Silvana J S Diniz 231 1 Aspectos Conceituais de Sistemas HVDC CSC Conversores de Fonte de Corrente Current Sourced Converter CSC ou Line Commutated Converter LCC Conversores baseado em tiristores Controle de ângulo de disparo Controle de corrente Exemplos de CSC Nelson River CaboraBassa Itaipu ThreeGorges BalticCable etc Exemplos de CSC CCC capacitor como filtro Garabi RapidCity 4 Aspectos Conceituais de Sistemas HVDC CSV Conversores de Fonte de Tensão Voltage Sourced Converter VSC Conversores baseados em IGBT ou IGCT Controle por modulação de largura de pulso PWM Controle de tensão no lado CC e corrente no lado CA Sistemas mais novos Conversor MulFnível Modular MMC em inglês 5 Exemplos de HVDC Itaipu 600 kV 6300 MW dois bipolos com 840 km Madeira 600 kV 6300 MW dois bipolos com 2300 km 6 Configuração geral do Sistema de transmissão HVDC 7 Estação conversora instalação típica 8 Estação Conversora Instalação Típica Linha CA Linha CC Diagramas e torres de linhas de transmissão HVDC e HVCA 9 Esquemas de linhas de transmissão HVDC e HVCA 10 Esquemas de linhas de transmissão HVDC e HVCA 11 Comparação de custo e distância de transmissão CC e CA 12 Caracteríscas do Sistemas HVDC Convencional Sensibilidade a falhas de comutação Necessita de compensação de potência reava capaciva Solução 13 Sistema usado na conexão Brasil Argentina Garabi HVDCCSC Configuração Básica Circuito básico com conversor de 6Pulsos 14 Conversor Fonte de Corrente 15 HVDCCSC Configuração Básica Transmissão CC CSC ou LCC Vantagens Linhas de transmissão CC são mais compactas Linha CC não precisa de compensação de potência reativa Muito flexíveis Ótimo para conectar sistemas assíncronos Ótimo para transmissão a longas distâncias ou conexão BTB Desvantagens Alto custo dos conversores Poucos fornecedores Harmônicos 16 Necessidade de fonte de tensão Necessidade de controle de potência rea3va Necessidade de filtros de harmônicos Podem ocorrer falhas de comutação E por que são usados É possível ter altas potências 2 GWconversor Custo rela3vamente baixo 17 HVDCCSC ou LCC HVDCVSC Configuração Básica Controle PWM elimina os problemas de harmônicos Potência reaGva pode ser controlada pelos conversores 18 HVDCVSC 19 Solução possível dentro de certos limites de tensão e corrente VSC com Controle de Corrente 20 Robustez contra curtos no lado CA Controle indireto de tensão controla rea6vo para controlar a tensão HVDCVSC o que é possível fazer Conexão backtoback Uma conexão backtoback para transmissão de energia é um sistema HVDC com ambas as extremidades no mesmo páHo fonte e carga É usado para acoplar redes elétricas operadas de forma assíncrona ou para conectar redes elétricas de frequencias diferentes onde nenhuma linha de transmissão CC é necessária Transmissão via cabo usual com cabos Problemas Inexistência de disjuntor para o lado CC Nível de potência ainda menor que no caso do CSC 21 HVDCVSC CurtoCircuito no elo CC 22 Curtocircuito no lado CC os diodos fornecem corrente Disjuntor CC é necessário ainda em desenvolvimento Difícil transmissão com linhas aéreas Caprivi se fia no disjuntor CA Limites do HVDCCSC e HVDCVSC 23 Michael P Bahrman and Brian K Johnson The ABCs of HVDC Transmission Technology IEEE Power Energy Magazine MarchApril 2007 Vol 5 No 2 Tendências do HVDC CSC Aumento da tensão do elo CC 1000 kV expectativa Melhorias em detalhes controle por exemplo VSC Novos conversores Conversor Multinível Modular MMC Novos dispositivos SiC Disjuntor CC 24 HVDCVSC convencional Conversor em ponte de 2 ou 3 níveis Potência máxima de 300MW Cross Sound 2002 Controle PWM frequência até 2 kHz Perdas de 34 por conversor Filtro de harmônico necessário Permite Black Start recomposição de serviço Não tem restrição com a Relação de CurtoCircuito 26 HVDC CMM Conversor Multinível Modular com mais de 50 níveis Potência máxima 400MW São Francisco 2010 Baixa frequência de chaveamento poucas vezes a frequência da linha Perdas entorno de 14 por conversor Não necessita de filtro de harmônicos Permite Black Start recomposição de serviço Não tem restrição com a Relação de CurtoCircuito 27 HVDCCMM Vantagens Produz perdas baixas ainda maior que o CSC Baixo conteúdo de harmônicos Tem grande possibilidade de chegar a potências de GW Desvantagens O funcionamento é mais complexo Alto número de componentes e controles 28 Disposivos semicondutores Era do Silício O ristor baseado em silício parece ter chegado ao seu limite em termos de tensão e corrente O aumento da potência dos elos CC será obda pelo aumento da tensão do elo o que implica em válvulas com maior tensão ou maior número de componentes O IGBT também chegou em seu limite mas o MMC pode permir aumento significavo na potência do conversor ao custo de controle mais complexo 29 Era do SiC Carboneto de Silício Silicon Carbide Não serve para fazer ristores ou IGBT porque a tensão de junção é muito alta Serve para fazer transistores do po MOS Metal Oxido Semicondutor com caracteríscas excepcionais Frequência de chaveamento na casa de 50 a 100 kHz Temperatura de operação até 200 C Baixas perdas 30 do IGBT Problemas maior MOS está na casa de 1200V 75A 30 Complexo Itaipu bipólos e válvulas de 5ristores 35 Caso indiano Recursos e transmissão 36 HVDC é solução adequada para Transmissão com cabos submarina ou terrestre Interconexão assíncrona eou acoplamentos mantendo autonomia individual Controle de fluxo de energia tie controlled power exchange Limitação de correntes de curtocircuito conexão de grandes usinas 38 Perspecvas para o futuro Úlmos grandes aproveitamentos hidroelétricos Africa America Lana Extremo Oriente oferecem oportunidade para CCAT em longas distâncias em UAT 16 MV Penetração das fontes alternavas e conseqüente aumento da geração distribuída deverá criar espaço para largo uso de disposivos FACTS Aplicações offshore usando transmissão CCAT com cabos submarinos para geração eólica ou aproveitamento de gás in situ 39 E o futuro Novas topologias de circuitos MMC Sistemas Híbridos Novas técnicas de controle Smart Grid Transmissão CA Segmentada Etc 40 Bibliografia E H Watanabe B Chuco L O Daniel A C Borré e PMM Transmissão em Corrente ConAnua em UltraAlta Tensão Programa de Engenharia Elétrica COPPE Universidade Federal do Rio de Janeiro Eletrobras CEPEL Eng João Guedes de Campos Barros PhD ConAnuaCCATUma visão introdutória da evolução histórica e do estado atual da arte Junho2007 Bruno Gonçalves MarQns Aula 10 Introdução a Linhas de Transmissão InsQtuto Federal Santa Catarina Joinville 2012 Aula baseada no material do prof Luís Carlos Origa de Oliveira Transmissão em corrente conAnua Módulo 1 Laboratório de Qualidade em Energia Elétrica Disponível em hpswwwfeisunespbrHomedepartamentosengenhariaeletricapos graduacaotcc012013pdf Acesso em 30 mai 2022 41