Conversores utilizados em QEE e controle de fluxo de potência

Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição

Refs.:

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Linha de transmissão sem perdas

—  Fluxo de potência e

aonde – a: comprimento da linha – : comprimento de

onda – β: número de ondas

completas por unidade de comprimento 2  

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Linha de transmissão sem perdas e curta

—  Fluxo de potência ou

e

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Linha de transmissão sem perdas e curta

4  

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Linha de transmissão sem perdas e curta

—  Fasores de tensão e corrente na linha

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Linha de transmissão sem perdas e curta

— Componentes (fase e quadratura) da corrente

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Transmissão por múltiplas vias

– Aumenta confiabilidade – Reduz perdas – Linhas diferentes devem

ter correntes diferentes – Considerar cabos,

comprimento, etc

– Pode haver circulação de corrente entre as linhas •  Redução de capacidade •  Aumento de perdas

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Limites para transmissão

—  Impedância reativa:

—  Resistência: limite térmico

— Queda de tensão: limite de operação das cargas

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Limites para transmissão

—  Impedância reativa:

—  Resistência: limite térmico

— Queda de tensão: limite de operação das cargas

– O ideal seria apenas respeitar o limite térmico das linhas

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— Compensação de reativos na linha

— Controle de fluxo de potência

Extensão dos limites para transmissão

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Compensação shunt

– Inclui-se uma fonte de tensão no meio da linha

– Em fase com a tensão original

– Cria-se duas linhas

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Compensação shunt

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Compensação shunt em múltiplos segmentos

– Cria-se um perfil quase constante de tensão

– Multiplica-se o limite de potência pelo número de compensadores

– Limites são dados pela capacidade de reativos dos compensadores

– Esquema complexo de controle

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Compensação série

– Compensa-se a queda de tensão na linha

– Forma mais simples: capacitores

– Forma mais econômica para linhas longas

– Pode ser utilizada para controle de fluxo de potência

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Compensação série

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Controle do ângulo de transmissão

– Phase-shifter ou Phase angle regulator

– Equipamento (tap changer ou conversor) capaz de controlar tensão e ângulo

– Equipamento processa P e Q

– Não aumenta capacidade de transmissão máxima, mas pode estendê-la para ângulos maiores que 90o

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Controlador generalizado de fluxo de potência

– Controla tensão e ângulo

– Permite controle quase independente de P e Q

– Convencional: •  Tap changer mecânico

com taps de tensão em série e em quadratura

•  Neste caso o sistema supre P e Q

•  Conversores: o sistema supre apenas P

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Controlador generalizado de fluxo de potência

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Controlador generalizado de fluxo de potência

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Limites dinâmicos de sistemas CA

— Os grandes geradores devem operar em sincronismo para garantir uma frequência comum e estável

—  Estabilidade transitória: •  O sistema se recupera após uma grande

perturbação

—  Estabilidade dinâmica: •  O sistema se recupera após uma pequena

perturbação

—  Instabilidade de tensão: •  Processo que resulta em colapso de tensão •  Limites de estabilidade de tensão

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Compensação dinâmica para melhoria de estabilidade

— Compensações shunt e/ou série são capazes de aumentar os limites de transmissão de potência

—  Estas compensações podem ser utilizadas para: •  Aumentar limites de estabilidade transitória •  Prover amortecimento de oscilações de potência •  Aumentar limites de estabilidade de tensão

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Melhoria de estabilidade transitória

— Critério das áreas iguais

—  Exemplo:

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Melhoria de estabilidade transitória

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Energia  de    aceleração    

Abertura  da  proteção  

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Melhoria de estabilidade transitória

– Simplificação: •  Curvas antes e pós

falta são iguais

– (a) Sem compensação – (b) Compensador shunt – (c) Capacitor série – (d) Phase shifter – (e) Controlador de fluxo

de potência generalizado (GPFC)

– Qual utilizar?

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Melhoria de estabilidade transitória

– Simplificação: •  Curvas antes e pós

falta são iguais

– (a) Sem compensação – (b) Compensador shunt – (c) Capacitor série – (d) Phase shifter – (e) Controlador de fluxo

de potência generalizado (GPFC)

– Qual utilizar? •  Cirtérios econômicos

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Amortecimento de oscilações de potência

– Até os 70’s era feita pelo controle de campo dos geradores síncronos

– (a) Compensação no gerador

– (b) Potência ativa – (c) Compensador shunt – (d) Capacitor série – (e) Phase shifter – (f) Controlador de fluxo

de potência generalizado (GPFC)

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Amortecimento de oscilações de potência

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— Conceito de controle: •  Aumentar P se

•  Reduzir P se

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Melhoria de estabilidade de tensão

– (a) Sem compensação – (b) Compensação shunt – (c) Compensador série

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—  Flexible AC Transmission System

—  Prover controles rápidos para a transmissão de energia

— Não substitui linhas de transmissão, mas permite a maior utilização possível de todo o sistema e o controle do fluxo de potência

—  Eletrônica de Potência é primordial

—  Iniciativa da EPRI nos 80’s •  Electric Power Research Institute

FACTS

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Conceitos

– Compensadores paralelos •  Fonte de corrente

controlável •  A linha é quase

puramente reativa •  Compensação também

pode ser

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Conceitos

– Compensadores série •  Fonte de tensão

controlável •  A linha é quase

puramente reativa •  Compensação também

pode ser •  Tensão de

compensação deve estar em quadratura com a corrente na linha

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Conceitos

– Reguladores de ângulo e controladores de fluxo de potência •  Podem ser

implementados com impedâncias variáveis

•  (a) P e Q são fornecidas pelo sistema

•  (b) somente P é fornecido pelo sistema, os geradores suprem Q

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— Duas opções: •  Uso de tiristores (não-autônomos) •  Uso de transistores (comutados em alta frequência)

—  Tiristores •  Reativos são processados por indutores ou capacitores •  Operam como impedâncias variáveis

—  Transistores •  Reativos são gerados/consumidos internamente •  Operam como fontes de tensão/corrente

Realização prática com conversores

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Compensador Estático de Reativos (SVC)

—  Static Var Compensator (SVC) —  Thyristor-switched capacitors (TSCs) and Thyristor-

controlled reactors (TCRs) — Compensador shunt

– Capacidade de reativos depende da tensão do sistema

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Compensador Estático de Reativos (SVC)

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Compensador Síncrono Estático de Reativos (STATCOM)

—  Static Synchronous Compensator (STATCOM) — Opera como um gerador síncrono ideal, quase sem

inércia — Gera tensões/correntes senoidais

– Compensador shunt

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Compensador estático síncrono de reativos (STATCOM)

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Capacitor série controla por tiristores(TCSC)

—  Thyristor-Controlled Series Capacitor (TCSC) —  Tensão de compensação depende da corrente da linha

– Compensador série

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Compensador estático síncrono série (SSSC)

—  Static Synchronous Series Compensator (SSSC) — Gera tensões quase que indepentemente das

correntes da linha

– Compensador série

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Compensador estático síncrono série (SSSC)

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Regulador de ângulo controlado por tiristores (TCPAR)

—  Thyristor-Controlled Phase Angle Regulator (TCPAR) —  Trafos apresentam mesmo MVA

– Phase shifter – Taps eletrônicos – Não é utilizado na prática

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Controladores baseados em conversores comutados em alta frequência

—  Tipos: •  Reguladores de ângulo e controladores de fluxo

de potência baseados em conversores o  Interline  Power  Flow  Controller  (IPFC)  

o  Unified  Power  Flow  Controller  (UPFC)  

o  Back-­‐to-­‐Back  Tie  (BtB)  

— Configurações •  Shunt-série •  Série-série •  Shunt-shunt

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Controladores baseados em conversores comutados em alta frequência

— Operação em quatro quadrantes

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

— Unified Power Flow Controller (UPFC) —  Possibilita controle completo do ângulo de defasagem — Controle independente de P e Q

– Conexão shunt-série

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

— Unified Power Flow Controller (UPFC) – Conexão shunt-série

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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Controlador unificado de fluxo de potência (UPFC)

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*UPFC  operando  como  SSSC  

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Controlador inter-linhas de fluxo de potência (IPFC)

—  Interline Power Flow Controller (IPFC) —  Possibilita troca de potência ativa entre duas linhas —  Pode-se desviar fluxos de potência (P ou Q) —  Pode-se compensar perdas resisitivas nas linhas

– Conexão série-série

– Provê a mesma capacidade de compensação que o UPFC para uma das linhas

– A outra terá fluxo de potência no sentido contrário

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Controlador inter-linhas de fluxo de potência (IPFC)

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Controlador inter-linhas de fluxo de potência (IPFC)

— Conceito para múltiplas linhas —  (a) Equivalente a múltiplos SSSC —  (b) com regulação de tensão em uma linha

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Sistemas multi-funcionais

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Interligação Back-to-Back (BtB) ou (B2B)

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Proteções

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