I Seminário da Pós-graduação em Engenharia Elétrica

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1 USO DE UM DISPOSITIVO FACTS SVC EM SISTEMA DE TRANSMISSÃO EM CORRENTE CONTÍNUA Lino Timóteo Conceição de Brito Aluno do Progrm de Pós-Grdução em Engenhri Elétric Unesp Buru Prof. Dr. André Christóvão Pio Mrtins Orientdor Depto de Engenhri Elétric Unesp Buru RESUMO A trnsmissão em corrente contínu possui um vntgem de ser mis econômic pr linhs de trnsmissão longs que trnsmissão em corrente lternd. O HVDC (High Voltge Direct Current), tmbém ssim chmdo, poder ter três configurções: monopolr, bipolr e tripolr. Tmbém há economi de mteril, pois são necessários três cbos pr trnsmissão em corrente lternd (HVAC High Voltge Alternting Current) e pens um no cso de HVDC monopolr e dois cbos pr o bipolr. Pr um melhor qulidde de energi, surgirm os dispositivos FACTS (Flexible Alternting Current Trnsmission System). Esses dispositivos podem ser conectdos em série, derivção ou mbos e copldos à crg, ou sistem se gerção. Além disso, podem ser clssificdos em chvedos, controldos ou vnçdos. A ferrment usd pr simulção é o SIMULINK do plictivo MATLAB. O SIMULINK simul, mtemticmente, sistems mecânicos e elétricos e é muito útil em nálise de sistems de potênci. O circuito elétrico em estudo é um híbrido (prte d energi é trnsmitid em corrente contínu e outr em corrente lternd) e compõem-se de um gerdor trifásico, linh CC monopolr, linh CA e um crg com trnsformdor. Um flt entre 7 e 75ms (com durção de 5ms) é plicd no ldo CC do retificdor. O presente trblho nlis o uso de um FACTS controldo SVC (Sttic Vr Compenstor), conectdo à crg trifásic, e su influênci n melhori d cpcidde e estbilidde do suprimento de potênci pr crg e su influênci n distorção hrmônic (THD - Totl Hrmonic Distortion). PALAVRAS-CHAVE: Circuito híbrido, FACTS, HVDC, Sttic Vr Compenstor. 1 INTRODUÇÃO 1.1 Estrutur do trblho O trblho começ com s vntgens e crcterístics do HVDC, no item 1. No item 2 é feit um bordgem sobre os tipos de configurções do HVDC. O item 3 expõem os principis equipmentos encontrdos no sistem HVDC.O item 4 coment sobre s vntgens do uso de dispositivos FACTS e crcterístics do dispositivo FACTS SVC pr simulção. A simulção e resultdos estão no item 5 com jud do simuldor mtemático SIMULINK, já o item 6 fz um conclusão sobre os resultdos obtidos. 1.2 Crcterístics do HVDC

2 N trnsmissão em corrente contínu, corrente lternd pss por um estção retificdor onde é trnsformd em corrente contínu e logo em seguid est corrente pss por um estção inversor retornndo à corrente lternd. As figurs 1 e 2 mostrm diferenç entre o HVDC e o HVCA. Figur 1 Esquems de linhs de trnsmissão pr o HVDC e HVCA Adptdo de [1] Figur 2 Esquem de torres pr o HVCA e HVDC. Adptdo de [1] 1.3 Vntgens e desvntgens do HVDC O uso d trnsmissão em corrente contínu está se tornndo muito difundido pels principis vntgens: Os sistems podem ser interligdos e sendo possível o juste de freqüênci e potênci, situções impossíveis em sistems síncronos. Restringe potênci de curto-circuito (rigidez de um brr em mnter sus vriáveis elétrics. Evit fluxos indesejáveis que ocorrem em linhs de trnsmissão de corrente lternd prlels. Supre potênci retiv pr linhs longs qundo são usdos CCC (Cpcitor Commutted Converters) ou VSC (Voltge Source Converter) ou HVDC Light. Há vntgens mbientis (não há lgmento pr se obter corrente lternd). Há bixos níveis de cmpos eletromgnéticos, um vez que não há vrição de corrente. Como desvntgem, não pode hver coplmento de trnsformdores, um vez que só tem sentido usá-los em corrente lternd. É necessário o uso de um TAP-HVDC. 2 CONFIGURAÇÕES DO HVDC 2.1 O HVDC monopolr Esse circuito possui pens um fse e o retorno d corrente é feito trvés do solo. A desvntgem dess configurção é que é possível lts correntes circulndo pelo solo e isso pode gerr corrosão de pé de torre, tubulções e outros equipmentos loclizdos o longo d trnsmissão e outros efeitos desfvoráveis [2]. A figur 3 ilustr o circuito monopolr.

3 2.2 O HVDC bipolr Figur 3 Sistem HVDC monopolr. [2] Nesse cso, condução de corrente é feit por dois condutores, e não há condução de corrente pelo solo, em hipótese lgum, qundo em condições ideis e de regime permnente. Ess configurção é equivlente dois pólos de trnsmissão. O ponto médio ds válvuls conversors é terrdo. A figur 4 ilustr o esquem. 2.3 Equivlêncis entre s configurções Figur 4 Sistem HVDC bipolr. [2] A configurção bipolr é simétric, ssim el pode ser representd por um circuito monopolr equivlente. Ess equivlênci é ssocição de dois circuitos monopolres. Com exceção d corrente, tods s grndezs elétrics são dobrds como mostrdo n figur O HVDC tripolr Figur 5 Monopolo equivlente do HVDC. [2] No cso tripolr, são usdos dus linhs do sistem HVCA como HVDC bipolr e terceir linh do sistem em corrente lternd é usd como HVDC monopolr. 3 EQUIPAMENTOS USADOS NO SISTEMA HVDC Existem lguns dispositivos usdos no circuito fim de melhorr seu desempenho elétrico. As brrs CA conectds os conversores são chmds de brrs de interfce ou simplesmente brrs CA.

4 Os filtros shunts nos conversores servem pr que os hrmônicos gerdos pelo chvemento não se propguem pr o sistem CA e pr fornecer potênci retiv pr operção dos conversores. Os trnsformdores conversores justm tensão CA/CA pr o funcionmento dequdo d ponte CA/CC. A tensão CC pode ser reguld por controle de tpes e ângulo de dispro ds válvuls conversors. [2] A válvul conversor é um ponte de Gretz, ponte trifásic de ond complet e seis pulsos. A ssocição de dus desss pontes em série (12 pulsos) reduz injeção de hrmônicos no sistem CA. Os trnsformdores conversores são tis que s ligções secundáris tenhm um defsgem de 3 grus d tensão CA entre um ponte de seis pulsos e outr. Os retores de lismento, em série com linh CC, diminuem s oscilções e ondulções d corrente CC e consequentemente d tensão CC. [2] A figur 6 mostr esses equipmentos. Figur 6 - Sistem HVDC mostrndo os retores de lismento, impedânci d linh e válvuls conversors. [2] 4 DISPOSITIVOS FACTS 4.1 Vntgens do uso dos FACTS Os dispositivos FACTS podem tur no sistem elétrico fzendo com que s vriáveis elétrics possm ser justds pr vlores fvoráveis mis rpidmente. Vriáveis tis como tensão, corrente, potênci, impedâncis e ângulos. Podem ser conectdos no sistem de energi ou n crg. Dentre s vntgens se destcm, qundo conectdos o sistem de trnsmissão [3]: Pode hver controle de tensão qundo há muits vrições de tensão no sistem Melhor o suprimento de tensão Reduz s perds do sistem Aument cpcidde de trnsmissão de potênci Diminui s oscilções do sistem Aument o limite de estbilidde qundo em regime trnsitório E n crg [3]: Reduz s ssimetris de corrente Reduz s oscilções e hrmônicos Reduz o consumo de potênci retiv Pode hver, nos terminis de linhs longs, melhor estbilizção d tensão 4.2 O SVC

5 O Sttic Vr Compenstor é constituído de um bnco de cpcitores e retores. Esses dispositivos são designdos pr que hj um compensção de potênci retiv fvorável. A regulção de potênci retiv é feit pelos tiristores que regulm o fluxo de corrente que flui pelo indutor. A figur 7 represent o esquem do SVC. Figur 7 Esquem unifilr do SVC O SVC é constituído de TCR (Retor Controldo por Tiristor) e TSC (Cpcitor Chvedo por Tiristor). A figur 8 mostr o circuito do TCR. Figur 8 Circuito do TCR O TCR oper de cordo com o ângulo de dispro. O ângulo de dispro pode ocorrer entre 9º e 18º e pr 9º ocorre condução máxim. Pr ângulos de dispro entre º e 9º não é viável, pois germ correntes ssimétrics [4]. O dispro do tiristor contece entre 9º e 18º pr o tiristor direto e entre 27º e 36º pr o tiristor reverso. O TSC é composto por um bnco de cpcitores que podem ser ligdos ou desligdos d rede por meio de tiristores. Aind com respeito o TSC, cd fse é compost de um cpcitor em série junto com um tiristor e um pequeno indutor. O indutor tem o objetivo de limitr o trnsitório ocsiondo pelo processo de chvemento, diminuir correntes de mgnetizção e proteger rede de efeitos de ressonânci [4]. 5 SIMULAÇÃO E RESULTADOS O circuito consiste de dois gerdores de 25kV rms fse-fse, um limentndo linh CC e outro limentndo linh CA, um linh CA, um linh CC, um trnsformdor e um crg. N simulção foi usd um crg trifásic com potênci nominl de 1MW e tensão nominl de 69kV. 5.1 O DIAGRAMA DE BLOCOS DO SVC O trnsformdor do digrm de blocos do SVC possui um relção nominl de tensão de 69/16kV. O TCR é composto de um indutor de 18.7mH. Cd um dos três TSC possuem um bnco de cpcitores de 38.4mF. A figur 9 represent o digrm de blocos.

6 A B C b c A b B c C 69/16 kv Secondry 333 MVA (16 kv) P A B C P A B C P A B C P A B C TCR TSC1 TSC2 TSC3 18.7mH 384 nf 384nF 384 nf V (pu) I (pu/1mva) V_I Q (Mvr ) Q(Mvr ) Vmes Vref (pu) Vmes Vref lph TCR (deg) lph TCR (deg) number of TSCs ntsc [Vbc_Prim ] Vbc_Sec TCR Vbc_prim TSC1 TSC2 Vbc_sec TSC3 Signls & Scopes SVC SVC Controller The 'PreLodFcn ' utomticlly sets smple time Ts =5e-6 s (see 'Model Properties ')? Double click here for info Figur 9 Digrm de blocos do SVC copldo à crg 5.2 Simulção A flt foi plicd no ldo CC do retificdor durnte 5ms, entre 7ms e 75ms. As figurs 1 e 11 mostrm tensão n crg pr flt plicd. O uso do SVC modificou muito pouco o THD d tensão, ms melhorou su estbilidde entre 6ms e 14ms e umentou tensão de 12kV pr 2kV. x 1 5 FFT window: 15 of 15 cycles of selected signl Fundmentl (6Hz) = 7.826e+4, THD=.37% ) l 4 m ent d n u F o f (% M g Hrmonic order Figur 1 Tensão n crg (1MW 69kV) sem uso do SVC 2 x 1 5 FFT window: 15 of 15 cycles of selected signl Fundmentl (6Hz) = 1.413e+5, THD=.42% ) l m ent d n u F o f (% M g Hrmonic order Figur 11 Tensão n crg (1MW 69kV) com o uso do SVC Anlisndo s figurs 12 e 13, not-se um melhor n estbilidde d corrente pós flt com o uso do SVC. O THD pouco se modificou com inserção do SVC. A cpcidde de corrente tmbém umentou de 22A pr 41A.

7 FFT window: 15 of 15 cycles of selected signl Fundmentl (6Hz) = 1644, THD=.37% ) l 4 m ent d n u F o f (% M g Hrmonic order Figur 12 Corrente n crg (1MW 69kV) sem o uso do SVC FFT window: 15 of 15 cycles of selected signl Fundmentl (6Hz) = 2969, THD=.42% ) l m ent d n u F o f (% M g Hrmonic order Figur 13 Corrente n crg (1MW 69kV) com o uso do SVC As figurs 14 e 15 mostrm potênci tiv n crg. A potênci que ntes er oscilnte, pós flt, e com um vlor de proximdmente 15MW pssou ficr mis estável com o uso do SVC. A potênci umentou pr proximdmente 5MW com inserção do SVC. x 1 7 FFT window: 15 of 15 cycles of selected signl Figur 14 Potênci tiv n crg (1MW 69kV) sem o uso do SVC x 1 8 FFT window: 15 of 15 cycles of selected signl CONCLUSÃO Figur 15 Potênci tiv n crg (1MW 69kV) com o uso do SVC Com o uso do SVC houve um melhor d estbilidde d tensão e corrente pós flt. A tensão e corrente tmbém umentrm com o uso do FACTS. Qunto à potênci, houve um melhor n estbilidde e um umento n cpcidde de trnsmissão.

8 Os resultdos mostrm que o uso de dispositivos FACTS pode melhorr o suprimento de tensão, corrente e potênci e tmbém tur de form positiv n estbilidde, mesmo em cso de flts. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] BORGES, W.M. Hrmônics em Conversores com Cpcitores de Comutção. Tese (Mestrdo em Engenhri Elétric) Universidde Estdul Pulist. Ilh Solteir: Universidde Estdul Pulist, 25. Disponível em: <www.dee.feis.unesp.br/pos/.../14- dissertco_wilson_mrtins_borges.pdf>. Acesso em: 5 mr. 21. [2] FERNANDES, B.S. Elos de Trnsmissão em Corrente Contínu em Progrms de Estbilidde Trnsitóri. Tese (Mestrdo em Ciêncis em Engenhri Elétric) Universidde Federl do Rio de Jneiro. Rio de jneiro: Universidde Federl do Rio de Jneiro, 25. Disponível em: <www.pee.ufrj.br/teses/?resumo=254141>. Acesso em: 15 de mr. 21. [3] FILHO, S.A. Análise de Controldores Eletrônicos em Sistems de Distribuição de Energi. Tese (Mestrdo em Engenhri Elétric). Progrm de Pós Grdução em Engenhri Elétric. Sistems de Energi Elétric. 25. Disponível em: <www.dee.feis.unesp.br/pos/teses/rquivos/156-dissertco_sergio_lmpi_filho.pdf>. Acesso em: 22 de mr [4] SANTOS, C.H.R.R. Influênci do STATCOM n Estbilidde de Sistems Elétricos de Potênci. Tese (Mestrdo em Ciêncis de Engenhri Elétric). Universidde Federl de Itjubá. Itjubá MG. UNIFEI, 23. Disponível em: <dm-net.unifei.edu.br/phl/pdf/3186.pdf>. Acesso em: 17 de jun. 211.

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