SVC Static VAr Compensator Juliano Menezes Luis Gustavo Dias de Souza
Introdução Excesso de reativo: Baixo FP; Aumento das correntes que percorrem os condutores, levando a maiores perdas; Punições, multas; Variações de tensão; Redução na capacidade de transmitir potência ativa.
Introdução Técnicas para compensação de reativos: Bancos de capacitores: Entrada em estágios (discretização); Tempos para carga e descarga, transitórios de corrente; Compensadores Síncronos: Alta inércia (tempo de resposta); FACTS: Aplicação da eletrônica de potência para melhoria de desempenho. Controle de impedância aplicada ao circuito; Produção de fontes artificiais de tensão/corrente; Conversão de Potências CC-CA/CA-CC;
SVC Static VAr Compensator Gerador estático de energia reativa; Conexão em derivação com a rede; Saída controlada de modo a gerar correntes indutivas/capacitivas tendo em vista o controle de variáveis do sistema (tensão, reativo, etc); Objetivos: Aumento da capacidade de transmissão de potência em linhas longas; Aumento da estabilidade do sistema através da capacidade de regulação rápida; Controle de variações de tensão transitórias; Amortecimento de oscilações de frequência.
SVC Static VAr Compensator Vantagens: Não possui inércia operativa comparado aos outros métodos de compensação; Capacidade de resposta rápida às variações do sistema; Alta confiabilidade; Reativo injetado/consumido na rede é controlado de forma contínua; Desvantagens: Custo elevado, restringindo sua aplicação a situações transitórias; Injeção de Harmônicos na rede.
Princípio de funcionamento Dispositivo de impedância variável controlado por tensão/reativo; Controle de reativo injetado ou consumido na rede através de chaves estáticas; Possibilidade de aplicações em série; Aplicações iniciais direcionadas a siderúrgicas, fornos à arco (cargas sensíveis), sendo aplicado recentemente a sistemas de transmissão.
Princípio de funcionamento Modelo de LT simplificado (gerador oscilando contra barramento infinito); Parâmetros de linha concentrados, resistências desprezadas; V = V 0 V 1 = V δ
Princípio de funcionamento V m = V + V 1 2 = V. cos δ 2 δ 2 I = 2 V X. sen δ 2 δ 2 S 1 = V² X. sen δ + j V2 X. (1 cos δ )
Princípio de funcionamento SVC aplicado na metade da linha; Fonte de tensão CA com mesma amplitude que a tensão nos barramentos e em fase com Vm anterior. V = V 0 V 1 = V δ V m = V δ 2 V m = V = V 1 = V
Princípio de funcionamento I = 4 V X. sen δ 4 δ 4 S 1 = 2. V² X. sen δ + j 2. V2 X. (1 cos δ 2 )
Princípio de funcionamento Circuito interno SVC:
Princípio de funcionamento Capacitores chaveados integralmente (surtos de corrente); Reatores acionados com ângulo de disparo variado (indutância é variada continuamente); C eq α = L eq α = 2. π α + sen 2α π( X L X C ) ω. π. X L π. L SVC 2. π α + sen 2α α - ângulo de disparo; L SVC Indutância do SVC.
Princípio de funcionamento Característica em regime permanente: 0-A: Limite capacitivo; B-C: Limite indutivo; D: ângulo de disparo zero (ressonância); A: Máximo ângulo de disparo; B: Mínimo ângulo de disparo;
Princípio de funcionamento Capacitância equivalente requerida pela carga considerando os parâmetros da LT: C eq = 2 2. (1+cos δ op ) ω². L 2 δ op - ângulo de carga; L Indutância total da linha.
Exemplo No exemplo a seguir será mostrado um Compensador Estático de Reativo que será instalado em um sistema proposto. O objetivo é encontrar o ângulo de disparo para a capacitância mínima para atender as especificações de linha.
Primeiro é calculada a capacitância mínima para atender as especificações da linha com o ângulo de operação máximo: δ = δ op C eq = 2 2 1 + cos δ ω 2 L linha 2 = 164,34 μf X eq = 1 2πfC eq = 19,34 Ω
Instalação SVC Os principais equipamentos que compõem a configuração do Compensador Estático são: o reator controlado por tiristor (TCR), o capacitor chaveado por tiristor (TSC), o transformador de acoplamento e os filtros de harmônicos. As configurações do Compensador Estático são projetadas para atender a diferentes necessidades da rede elétrica na qual será conectado, sendo utilizado como critério de configuração a potência reativa a ser trocada com o sistema, a topologia da área a ser controlada, a velocidade de resposta do compensador, a flexibilidade operativa, as perdas e o nível de distorção harmônica no ponto de acoplamento.
Instalação SVC Transformador de Acoplamento: O transformador de acoplamento é um transformador de potência, mas recebe essa denominação devido a sua função de conectar (acoplar) o Compensador Estático a rede elétrica. Reator Controlado por Tiristor TCR: Os tiristores tem a capacidade de conduzir corrente elétrica alternadamente a cada meio-ciclo da frequência fundamental e dependem do ângulo de disparo (α) para entrarem em condução. Capacitor Chaveado por Tiristor TSC: A válvula de tiristores forma um dispositivo que opera como uma chave eletrônica capaz de inserir e retirar o banco de capacitores em um curto intervalo de tempo.
Reator Controlado por Tiristor TCR Capacitor Chaveado por Tiristor TSC
Instalação SVC Filtros de Harmônicos: O objetivo dos filtros é reduzir a distorção das ondas de tensão e corrente produzidas pelo disparo das válvulas de tiristores do TCR. Controlador: O sistema de controle mede sinais de tensão e corrente da rede para, através de um determinado algoritmo, controlar os disparos das válvulas de tiristores. Válvula de Tiristores: A configuração básica de uma Válvula de Tiristores consiste da associação em pares antiparalelo de tiristores separados por níveis adequados de tensão e conectados em serie.
Filtros de Harmônicos Controlador digital avançado para plataformas SVCs - GE
Válvula de Tiristores
Anarede No anarede é possível utilizar um Compensador Estático de Reativo na implementação do código.
Anarede
Referências CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Elétrica. Anarede Programa de Análise de Redes V10.01.03 Manual do Usuário; FRONTIN, S. O. (Organizador). Equipamentos de Alta Tensão: Prospecção e Hierarquização de Inovações Tecnológicas. 1 ed. Brasília: Teixeira, 2013. General Electric Grid Solutions. Static Var Compensator Solutions. Disponível em: <http://www.gegridsolutions.com/powerd/catalog/static_var_co mp.htm>. UDESC Universidade do Estado de Santa Catarina. Compensador Ativo de Reativos SVC. Departamento de Engenharia Elétrica. Santa Catarina, 2013. Disponível em <http://www.joinville.udesc.br/portal/professores/mezaroba/mat eriais/cen Aula_04 Compensa o_ativa_de_reativos SVC.pdf>; PADIYAR, K. R. FACTS Controllers In Power Transmission And Distribution. New Age International Ltd, 2007.