Transmissão em Corrente Contínua - feis.unesp.br · Power Transmission by Direct Current – E....

Luís Carlos Origa de Oliveira

Transmissão em Corrente Contínua

Módulo 2

www.feis.unesp.br/laqee


Direct Current Transmission – E. W. Kimbark (JOHN WILEY & SONS )

Power System Harmonics – J. Arrilaga, N.R. Watson (JOHN WILEY & SONS )

HVDC and FACTS Controllers – V. K. Sood (KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS )

Principais Referências:

Power Transmission by Direct Current – E. OHLMAN ( SPRINGER VERLAG )

High Voltage Direct Current Transmission – J. Arrilaga (PETER PEREGRINUS)

Alternativas Não Convencionais para a Transmissão de Energia Elétrica: Estado da Arte - G. Ett, G. Y. Saiki, et alli ( PROJETO TRANSMITIR ELETROBRÁS)


V(+) (polo positivo)

(polo negativo) V(-)

Tiristores (chaves eletrônicas)

Estrutura retificadora trifásica - ponte ( ponte de “Greatz” )

Vd = V(+) – V(-)

(Tensão Terminal)

Lado CC Lado CA

Processo de Retificação e Inversão

Interface (ponte)


Chave Eletrônica: Thiristor (características operacionais básicas)

Chave Eletrônica

Real

Ideal

CONDUÇÃO : VAK>0 e Ig0

BLOQUEIO : ID < IH


Operação da Ponte Trifásica de 6 Pulsos

I Vdc V(+) V(-)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12


Vd V(+) V(-)

Va Vb Vab

Va Vc Vac

Correntes de alimentação - CA

Ponte Conversora ( princípio de operação )

Va Vc Vb

ia ib ic

Vab Vbc Vca

Vbc

Vba

Vca

Vb

Vb

Vc

Vc

Va

Va

Tensão terminal total - CC

Tensões fase - neutro Tensões dos polos positivo e negativo

Tensões de linha Tensão terminal total ( Vd )


Ponte Conversora ( tensão reversa )

Limites Operacionais Estáticos dos Tiristores:

Corrente direta máxima

Ten

são

rev

ers

a m

áxim

a

V rev < Vrup

I rmédio < I máx


VdVA 6.cos6

6

6

Ldo VV

23

2

.6 AVd

V – valor eficaz fase-neutro VL – valor eficaz de linha

Vd - Tensão Média de Saída Máxima (𝛂 = 0)



cos6.cos6

6

6

VdVA

cosV23

V Ld2

.6 AVd

V – valor eficaz fase-neutro VL – valor eficaz de linha

Vd - Tensão Média de Saída Máxima (𝛂 ≠ 0)



Tensão Terminal Média

cos23

Ld VV Retificação

Inversão

cosdod VV


Ldo VV

23


dt

)t(diL)t(u)t(u r

rxN

dt

)t(diL)t(u)t(u s

sxN

dsr I)t(i)t(i

dt

)t(di

dt

)t(diL)t(r)t(u)t(u sr

srxN2

0dt

)t(di

dt

)t(di srDerivando a equação (3) :

Somando equações (1) e (2) :

Durante a transferência de condução entre tiristores:

(1)

(2)

(3)

2

)t(u)t(u)t(u sr

xN

Resulta :

Tensão Terminal CC Durante a Comutação


2

)t(u)t(u)t(u sr

xN

2

)(tutu T

xN

UR

USUT

-UT

Tensão do polo (+) para N




0tututu TdxN )()()(

)(2

3)(

2

)()( tutu

tutu TT

Td

2

)(tutu T

xN Tensão do polo (+) para N :

Malha de Tensão :

Tensão terminal total :


Área perdida durante o processo de comutação:

dV

VA CB

2

coscos2

623

2

1

VdVsenA

V – valor eficaz fase-neutro:

dVV

VA ABB

2

dV

dVV

A BAAB

22

Tensão Terminal Média Com Comutação


Área perdida por comutação:

coscos2

63

2

6 V

AV

VVVd

cos63

coscos2

63 VVd

coscos2

6 VA

Valor médio da queda de tensão por ciclo ( 6 comutações):

Valor médio da tensão terminal:

Valor médio da tensão terminal:

V – valor eficaz fase-neutro:

cosdod VV

coscos2

63 VVd

Tensão Terminal Média Com Comutação


dt

)t(diL)t(u s

rs 2 dt).t(uL

)t(i rss 2

1

d)(UsenL

)(is 232

1

CcosL

U.)(is

2

6

Referência de tempo no inicio da comutação:

dt

)t(diL)t(u)t(u r

rxN

dt

)t(diL)t(u)t(u s

sxN

Durante a transferência de condução entre tiristores:

(1)

(2)

Subtraindo (2) de (1) e considerando (3) :

0dt

)t(di

dt

)t(di sr (3)

Correntes de Alimentação Durante a Comutação


No tiristor que sai de condução:

)t(iI)t(i sdr

Xc - Reatância de comutação.

U - Valor RMS fase-neutro.

Ccos.L

U.

2

60

cos.

2

.6

L

UC

Condições de contorno( p/ 0 , is = 0):

)tcos()cos(X

U)t(i

c

s 2

6

Resulta, para no tiristor que entra em condução :

ULM – Valor de pico de linha

)tcos()cos(X

U)t(i

c

LMs

2

Correntes de Alimentação Durante a Comutação


Formas de Onda Com Efeito da Comutação

Id

-Id

0

V-

Vd V+ V-

Va Vc Vac

- Vc/2 Vc -1,5Vc 0

Vbc Vb Vc

V+

Tensões dos polos positivo e negativo

Va Vc Vb

Vab Vbc Vca

Tensão terminal total - CC

ia

ib

ic

Correntes de alimentação - CA

=15º


Determinação do Ângulo de Comutação

)cos()cos(X

U)(i

c

S 2

6

ds I)(i

)cos()cos(X

UI

c

d 2

6

Para = :

Id = 49A e Xc = 0,345 Id = 49A e = 10

Corrente na comutação :


Momento de Reflexão


Ponte Conversora Típica em HVDC

Sistema Multipulso / Operação Série: - aumentar os níveis de tensão CC - reduzir as distorções harmônicas;


Associação série: - suportabilidade de tensão reversa - equalização estática - dv/dt ( amortecedores ) - di/dt Associação paralela:

- suportabilidade corrente direta

Válvula de Tiristores ( Arranjo básico )


A Estação Conversora ( Arranjo básico )

Arranjo elétrico em 12 pulsos Edificação típica para 12 Pulsos


Válvulas quádruplas

Válvulas de Tiristores

Válvula Quádrupla


SISTEMA DE TRANSMISSÃO CC –HVDC

02 bipolos com 8 pontes/estação

02 Linhas CC com 815 Km e 795 Km

Potência total Transmitida : 6300MW

Tensão terminal CC : 600kV ( 2 bipolos)

Corrente Nominal CC : 2,61kA

Potência total instalada : 12600 MW

9 unidades geradoras 823,5 MW (50Hz)

9 unidades geradoras 737 MW (60Hz)

ITAIPUBINACIONAL

Complexo Itaipu ( Conceito )


-Cada módulo (gaveta) : 3 tiristores

-Módulos por válvula: 16 x 2 = 32 módulos

-Total série por válvula : 32 x 3 = 96 tiristores

-Total por válvula quádrupla : 96 x 4 = 384 tiristores

-Total por ponte (12 pulsos) : 384 x 3 = 1152 tiristores

-Total por bipolo (8 pontes): 1152 x 8 = 9216 tiristores

-Total por estação (2 bipolos ): 9216 x 2 = 18432 tiristores

-Total no sistema ( 2 estações): 18432 x 2 = 36864 tiristores

Complexo Itaipu ( Bipolos e Válvulas de tiristores )

Válvulas Quádruplas

Tiristor YST-45 Estação Conversora Bipolo 01

Total de Tiristores no HVDC

Luís Carlos Origa de Oliveira [email protected]

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