André Balzi Abril de 2014 Desafios da Expansão da Transmissão do SIN com o Aumento de Fontes Renováveis Intermitentes Conectando Parques Eólicos

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1 André Balzi Abril de 2014 Desafios da Expansão da Transmissão do SIN com o Aumento de Fontes Renováveis Intermitentes Conectando Parques Eólicos Aplicação e Projetos de Sistemas HVDC Light

2 Aplicação e Projetos de Sistemas HVDC Light Sumário Introdução ao HVDC Light características e capacidades Aplicações Exemplos de projetos envolvendo parques eólicos Resumo Month DD, Year Slide 2

3 Introdução HVDC é uma tecnologia desenvolvimento com diversas aplicações Month DD, Year Slide 3

4 Introdução Tipos Básicos de Conversoras Tipos Básicas de Conversoras Conversoras de comutação natural (Tiristores) Transmissão HVDC Clássico Itaipu, Three Gorges, Baltic Cable, Rio Madeira Conversoras Comutados por Capacitor (CCC) Garabi, Rapid City, Rio Madeira BtB Conversoras de Fonte de Tensão (VSC) HVDC Light (IGBT) Cross Sound, Murray Link, Troll A, BorWin Month DD, Year Slide 4

5 Introdução Tecnologias HVDC O que torna HVDC especial? Menor investimento e menos perdas para transmissão de grandes blocos de potência Interconexões assíncronas Melhoria de transmissão em sistemas AC paralelos Rápido e preciso controle de potência 3 vezes mais potência no mesmo corredor do que o AC O que torna o HVDC Light especial? Cabos subterrâneos Fácil permissão/lincensa Custos próximos de linhas aéreas (pequenas distâncias) Conexão à cargas passivas (black start) Controle independente de potência ativa e reativa Curto prazo de entrega

6 Introdução Tecnologias HVDC 600 MW 200 x 120 x 22 m 6 acres 73 feet high HVDC Classico 300 6,400 MW Controlado por tiristores Controle de potência reativa chaveado Design: sala de válvula mais pátio Linhas aéreas ou cabos de massa impregnada 550 MW 120 x 50 x 11 m 1.5 acre 36 feet high HVDC Light 50 1,200 MW Controlado por Transitores (IGBT) Controle de potência reativa contínuo Facíl expansão para mais terminais Regulação dinâmica da tensão Black start Design: todos equipoamentos(excluindo transformadores) em um prédio compacto Cabos extrudados

7 Introdução Como Funciona o HVDC Light I v(1) U L U V(1 I v(1) x r U V(1 A potencia ativa e reativa se controla com o amplitude da tensão Uv1 o angulo entre este e a tensão da rede. Month DD, Year Slide 7 U L δ I v(1) UL Uv(1) P = X UL (UL U Q = X Controle da potencia ativa e reativa sin( δ) v(1) cos( δ))

8 Introdução Modos de Configuração Symmetric monopole ~ = = ~ ~ = Bipole = ~ Asymmetric monopole, metallic return ~ = = ~ ~ = = ~ Asymmetric monopole, ground return Bipole, metallic return ~ = = ~ ~ = = ~ Multiterminal Symmetric monopole ~ = = ~ ~ = = ~ = ~

9 Introdução Benefícios técnicos Alta controlabilidade do sistema Controle de potência ativa Controle da tensão CA Controle de potência reativa Black start Recuperação rápida para faltas no Sistema CA Controle de frequência Área compacta Sem contribuição ao nível de curto De ponto de vista do sistema HVDC Light pode ser considerada um gerador September 08 Slide 9

10 Aplicações Conectando Parques Eólicos Conexão tradicional CA Conexão em CC Month DD, Year Slide 10

11 Aplicações Conectando Parques Eólicos Pontos a analisar relacionado ao procedimento de redes do Operador: Capacidade de Fault ride-through Capacidade de geração e absorção de reativos Cpacidade de modulação da potência ativa Capacidade de controle de frequência Características relacionadas a QEE April 4, 2014 Slide 11

12 Aplicações Fault-Ride Through A alta capacidade de chaveamento do VSC, adicionado a sistemas de controle modernos, torna possível que um Sistema de Transmissão HVDC Light se sustente durante Faltas do lado da Rede ou outros disturbios. Além disto, o VSC também pode ocntrolar a corrente de falta ao valor desejável dentro dos limites dos IGBTs. Após eliminação da falta, a potência ativa e reativa pode ser restaurada aos valores pré-falta. Month DD, Year Slide 12

13 Aplicações Fault-Ride Falta Trifásica Month DD, Year Slide 13

14 Aplicações Fault-Ride Falta Monofásica Month DD, Year Slide 14

15 Aplicações Capacidade de Geração e Absorção de Reativos ONS Submodulo Q (pu) Curva do HVDC Light P (pu) UL = 1,1 pu UL = 1,0 pu UL = 0,9 pu P nominal Month DD, Year Slide

16 Aplicações Capacidade de Modulação de Potência e Frequência ONS Submodulo 3.6 Month DD, Year Slide 16

17 Aplicações Características de Qualidade de Energia Problemas relacionados à harmonicos dentro de PE, podem demandar instalações de filtros de harmonicos, que podem impactar no balanço de energia reativa. O HVDC Light isola estes harmonicos e não produz novos harmonicos. CTL converter voltage Month DD, Year Slide 17 Two-level converter voltage

18 Aplicações Benefícios e Obrigações Mínimas para os Parques O desacoplamento entre a Rede e o PE, introduzido pelo Sistema de Transmissão HVDc Light, traz ao menos as seguintes vantagens à Rede: Dentro do PE, o atendimento ao procedimento de redes pode ser discutido, uma vez que o atendimento complete será responsabilidade do HVDC Light. Desta forma, pode-se focar em melhorias de custos dos parques e aerogerados, de forma a usar equipamentos padrões. Para turbinas, estresses mecânicos serão reduzidos uma vez que elas estarão isoladas da grande Rede. A conexão a um ponto fraco na rede é responsabilidade do HVDC Light. Desta forma, o PE pode ser alocado em uma região que apresente maior eficiência de geração de energia. As turbinas não necessitam ter uma grande extensão de reativos, o qual pode ser ajustado para minimizer as perdas dentro do PE. Pode-se aumentar a eficiência do PE deixando que a frequência do PE se altere com a mudança do vento, enquanto a frequência da Rede é controlada pelo HVDC Light. Problemas como harmônicos e transitórios podem ser evitados. Month DD, Year Slide 18

19 Aplicações Benefícios e Possibilidades para o Operador O número crescente de instalações de energias renováveis apresenta novos desafios para manter a qualidade da energia e a confiabilidade do fornecimento de energia elétrica. Uma questão importante para o Operador é identificar reforços de rede necessárias, a fim de manter níveis aceitáveis de estabilidade de tensão, qualidade de tensão, correntes de curto-circuito, e para evitar "gargalos" da rede e novos caminhos de fluxo indesejáveis. Para alguns desses aspectos, uma transmissão HVDC Light pode ser uma alternativa viável para o reforço da rede: Com um controlo rápido e contínuo da energia reactiva, um sistema de transmissão HVDC luz pode melhorar a estabilidade de tensão. Se um PE resultar em correntes de curto-circuito significativamente mais elevados, podem ser necessários substituição de disjuntores. Um sistema de transmissão HVDC Light pode controlar a contribuição de corrente de curto-circuito para o valor desejado dentro das classificações das válvulas de semicondutores. Além disso, a contribuição corrente de curto-circuito torna-se independente do tamanho PE. Gargalos" e fluxos indesejáveis são resultados de um fluxo de potência ativa descontrolada ou um ponto de ligação à rede inadequado. Com um sistema de transmissão HVDC Light, o fluxo de potência ativa pode ser controlada. Além disso, por meio de cabos subterrâneos e projeto compacto, HVDC Light pode amarrar no correto ponto de conexão, por exemplo, para uma área com grande consumo Controle ativo flexível, ou poder expedição, torna-se simples. Um sistema HVDC Light que conecta um PE à Rede é comparável a uma usina normal. O acesso directo ao VSC através de um centro de controle torna mais fácil para o Operador implementar despachos de potência ativa e reativa regulares e de energia de emergência e controles de tensão CA. O atraso de tempo, devido à infra-estrutura de comunicação entre o controlo e aquisição de dados do sistema (SCADA) e o PE, já não é um problema Month DD, Year Slide 19

20 Projetos Projetos Contruidos ou em Contrução Conexão de Parques Eólicos Offshore BorWin MW DolWin MW DolWin MW Conexão OnShore Mackinack 200 MW Month DD, Year Slide 20

21 BorWin1 Alemanha Cliente: TennetT Ano de comissionamento: 2009 SylWin BorWin HelWin DolWin Necessidade do cliente Conexão submarina e subterrânea de 200 km Conexão Robusta à rede Resposta da ABB Sistema Turnkey 400 MW HVDC Light Conformidade complete ao procedimento de redes do Operador Benefícios do cliente Transporte de energia ambientalmente amigável Redução na emissão de CO 2 de cerca de 1,5 toneladas por ano pela substituição de geração térmica Suporte ao desenvolvimento de parques eólicos na Alemanha Slide 21 09MR0022

22 BorWin1 Dados principais Escopo Turnkey on-shore e offshore 2 x Estações conversorashvdc Light Prédio On-shore e plataforma offshore 2 x 125 km 150 kv DC cabos submarinos 2 x 75 km 150 kv DC cabos subterrâneos Instalação e Comissionamento 2 anos de execução Slide 22 09MR0022

23 BorWin1 Overview Crane Helipad Transformers Topside Piles Jacket J-Tubes Slide 23 09MR0022

24 HVDC Light 400 MW Layout da Plataforma Dimensões Comp. Larg. Alt. Peso m m 20 m 2,000 3,000 tons Slide 24 09MR0022

25 BorWin1 Escopo September 08 Slide 25

26 BorWin1 September 08 Slide 26

27 BorWin1 Modelo da Plataforma September 08 Slide 27

28 BorWin1 Conversora de Diele Month DD, Year Slide 28

29 BorWin 1- Lower deck end August 2008 September 08 Slide 29

30 BorWin1 - Deck elevation east February 2009 September 08 Slide 30

31 BorWin1- Installation in valve hall February 2009 September 08 Slide 31

32 BorWin1- Cable installation in control room February 2009 September 08 Slide 32