SISTEMAS FLEXÍVEIS DE TRANSMISSÃO AC

1. SISTEMAS FLEXÍVEIS DE TRANSMISSÃO AC ELETRÔNICA DE POTÊNCIA Equipe: Débora Short Leonardo Santos Ricardo Brito

2. FLEXIBILIDADE EM SISTEMAS DE POTÊNCIA PLANEJAMENTO DOS SISTEMAS DE POTÊNCIA Confiabilidade – Adequação e Segurança Baixo custo

3. FLEXIBILIDADE EM SISTEMAS DE POTÊNCIA • Robustez: Superdimensionamento do sistema a fim de absorver impactos, o que caracteriza pela construção de sistemas robustos e firmes. • Flexibilidade: Adaptação rapidamente a contingências e fortes modificações no sistema.

4. ELETRÔNICA DE POTÊNCIA APLICADA AOS SISTEMAS CA O transporte de potência ac ao longo de linhas longas foi inicialmente limitado pela impedância série da linha. A compensação série capacitiva foi introduzida para cancelar a parte reativa da impedância da linha e, por isso, aumentar a potência transmitida.

5. ELETRÔNICA DE POTÊNCIA APLICADA AOS SISTEMAS CA FACTS refere-se à aplicação de equipamento de eletrônica de potência com uma ou mais funções num certo local de sistemas de transmissão para regular e controlar os parâmetros elétricos (tais como a tensão, impedância, ângulo de fase, etc.,) de modo a obtermos um sistemas mais fiável, flexível e eficaz.

6. A utilização dos controladores FACTS proporciona: Controle do fluxo de potência Aumento da capacidade das linhas de transmissão Prevenção de blackouts através da limitação de corrente e desligamento de linhas críticas Proporcionalização de carga entre os geradores Controle da expansão e redimensionamento do sistema Redução do fluxo de potência reativa pelo sistema Amortecimento de oscilações transitórias e/ou subtransitórias

7. Grupos dos controladores FACTS • Chaveados • Controlados • Avançados

8. CONTROLADORES FACTS CHAVEADOS

9. FACTS CHAVEADOS Os controladores FACTS chaveados utilizam a mais básica das funções dos componentes eletrônicos de potência, que é o chaveamento eletrônico. Estes dispositivos, mecanicamente chaveados, têm sido usados há várias décadas, portanto, não representam novidade tecnológica. Nesse grupo de controladores encontram-se: TSSC (Thyristor Switched Series Capacitor) – Capacitor série chaveado a tiristor. TSC (Thyristor Switched Capacitor) – Capacitor chaveado a tiristor. PST ( Phase Shifting Transformer) – Transformador defasador com tap chaveado por tiristores.

10. TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR

11. TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR Redução da reatância capacitiva. Atuação do compensador controlada pelo número de condensadores ligados em série. Disparo dos tiristores – Para minimizar uma corrente inicial brusca, o tiristor deve ser ligado apenas quando a tensão do condensador for a zero.

12. TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR

13. TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A TIRISTOR Harmônicos de Chaveamento – Tensões subharmônicas podem ser geradas. O TSSC não deverá ser utilizado para situações críticas em que é requerido um grau elevado de compensação e onde a possibilidade de ressonâncias sub síncronas possam estar presentes. Pode ser utilizado para controle de fluxo de potência onde o tempo de resposta seja moderado.

14. TSC – CAPACITOR SHUNT CHAVEADO A TIRISTOR

15. TSC – CAPACITOR SHUNT CHAVEADO A TIRISTOR Assim como no TSSC, operam apenas em dois estados: bloqueados ou em condução total. Só há circulação de corrente no capacitor caso os tiristores estejam em condução total. Caso contrário, o circuito estará aberto. Chaveamento do capacitor é feito quando a tensão na barra passar por zero, com a finalidade de evitar sobre correntes de chaveamento nos tiristores. O TSC é a base para o Compensador de Potência Reativa Estático (SVC).

16. PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR

17. PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR • Um PST convencional consiste num transformador com tomadas eletromecânicas, ligado em paralelo à linha de transmissão e cujas tomadas alimentam um transformador colocado em série com a linha de transmissão. • A alteração do ângulo de transmissão de uma linha faz-se por ajustamento das tomadas para a posição pretendida.

18. PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR Esquema elétrico de um transformador defasador convencional.

19. PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP CHAVEADO A TIRISTOR APLICAÇÃO: • Regulação de tensão e de fluxos de potência em regime permanente DESVANTAGENS: • Capacidade de resposta lenta devido à inércia dos comutadores mecânicos - Pouco eficazes na resposta a fenômenos transitórios e dinâmicos. • Tempo de vida útil limitado. • Frequente manutenção - Deterioração mecânica e deterioração das substâncias lubrificantes.

20. Controladores facts controlados

21. FACTS CONTROLADOS A inserção de potência reativa para a compensação se dá de maneira suave, ao contrário dos controladores FACTS chaveados, onde a inserção de reativos se dá em blocos. Entre os FACTS controlados, podemos destacar: • SVC (Static Var Compensator) – Compensador estático de reativos • TCSC (ThyristorControlled Series Compensator) – Compensador série controlado por tiristor.

22. SVC – Compensador estático de reativos • Tem como principal função utilizar elementos passivos, tais como reatores e capacitores, que são devidamente ajustados para controlar a tensão e a potência reativa nos sistemas de transmissão. • Para este tipo de compensação, é necessário um controle dinâmico. Para isto, dispositivos eletrônicos de potência, como os tiristores, são utilizados para efetuar o controle necessário, já que possibilitam o controle da corrente que flui no reator, controlando as perdas reativas (I².xl)

23. SVC – Compensador estático de reativos (b) (a) (a) Circuito básico de um compensador estático (b) Característica da operação de tenção versus corrente no ponto de acoplamento do compensador estático ao sistema de potência.

24. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO • Compensador paralelo ideal (SVC) conectado ao ponto médio de uma linha de transmissão.

25. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO FUNCIONAMENTO DO SVC: • Figura - Fonte de tensão VS controlada (controle do fluxo de potência através da linha). • As tensões VS e VR têm a mesma amplitude mas estão desfasadas de um ângulo δ. • A tensão de compensação VM tem a mesma amplitude que as tensões VS e VR.

26. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO • Potência ativa transferida de VS para o lado da carga VR é dada por: • Potência transferida sem compensação:

27. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO • A potência reativa paralela aumenta a capacidade de transmissão de potência ativa pela linha, em especial se δ>30º. • A corrente de compensação IM está em quadratura com a tensão VM, logo não existe potência ativa fluindo através do compensador.

28. SVC – Compensador estático de reativos Os SVCs são caracterizados por: • Rápida resposta • Alta confiabilidade • Flexibilidade • Baixo custo de operação A disponibilidade, rapidez e precisão de resposta tornam o SVC eficiente em regime estacionário e controle nos transitórios de tensão. Usado também para amortecer oscilações de potência e melhora a estabilidade de transitório.

29. SVC – Compensador estático de reativos As aplicações práticas do SVC são: • Manter um nível de tensão constante • Suportar a tensão do SEE em avarias • Manter a tensão dos barramentos numa tensão alvo • Melhorar a estabilidade do SEE • Melhorar o fator de potência • Aumentar a eficiência • Corrigir o desequilíbrio de fases.

30. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO SVC: Desde 1995, um SVC está em funcionamento em Matimba-Insukamini. Um corredor com 600MW de potência e 405 km de comprimento, interliga África do Sul a Zimbabué. A única ligação a 400kV entre Matimba e Insukamini é relativamente fraca e pouco amortecida. Logo, oscilações na frequência da potência ativa (<0,5 Hz) tendem a aparecer entre África do Sul e Zimbabué. O SVC está lá para atenuar estas oscilações de potência. Com o SVC em funcionamento, a estabilidade e os limites de transferência de potência aumentaram aproximadamente 150MW naquele corredor de potência. Sem o SVC seria necessário uma nova linha.

31. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO Interligação a 600MW entre Matimba e Insukamini.

32. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO SVC de Insukamini

33. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO • Sistema de 230 MVar SVC (para suprimir a flutuação de voltagem e a oscilação de energia)

34. SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA ESTÁTICO • Sistema de 20 MVar SVC (para sistemas de geração de energia eólica)

35. TCSC - Compensador série controlado por tiristor

36. TCSC - Compensador série controlado por tiristor • O circuito é semelhante ao do compensador estático convencional em derivação, SVC, embora conectado em série com a linha de transmissão. • Os benefícios técnicos deste componente incluem o controle da reatância equivalente da linha e pode, portanto, ser utilizado para controlar o fluxo de potência, amortecimento da variação de potência, redução de curto-circuito, estabilidade em regime transitório e a mitigação de ressonância sub síncrona (SSR).

37. TCSC - Compensador série controlado por tiristor Os TCSC têm três modos distintos de operação: • O modo “Bypass”: caso em que α = 90º. Nesta situação, a indutância, que tem um valor muito pequeno está totalmente inserido e atrai toda a corrente da linha “bypassando” o condensador. Ou seja a total condução dos tirístores. • Condensador fixo, que representa o valor mínimo de compensação do equipamento. Não há condução dos tirístores. • Modo de controlo contínuo ou modo “Vernier”: caso em que o ângulo de disparo pode variar entre 90º e 180º, possibilitando que o TCSC apresente uma reatância variável, tanto na região capacitiva quanto na região indutiva.

38. TCSC - Compensador série controlado por tiristor

39. CONTROLADORES FACTS AVANÇADOS

40. FACTS Avançado São compensadores baseados na utilização de conversores como fonte de tensão (VSC). Tipos: STATCOM (Compensador Estático Síncrono). SSSC (Compensador Estático Síncrono Série). UPFC (Controlador Unificado de Fluxo de Potência).

41. STATCOM Esquemáticos do STATCOM:

42. SSSC É similar ao STATCOM. Utiliza conversor como fonte de tensão síncrona. A tensão gerada é inserida em série com a linha de transmissão.

43. SSSC Esquema do SSSC:

44. UPFC Foi inicialmente proposto em 1991 por L. Gyugyi. É constituído de um STATCOM em derivação e de um SSSC em série. Esse dispositivo é capaz de controlar simultaneamente o fluxo de potência passante por uma linha, a magnitude da tensão na barra de acoplamento e na extremidade da linha.

45. UPFC Esquemas do UPFC:

46. Aplicações UPFC STATCOM

47. Questões QUESTÃO 1. Considere o circuito abaixo: Sabendo que Vs = 127V , Vr= 127 ∟30ºV , f=60Hz, L=250uH, calcule a Potência Ativa transferida de VS para a carga com e sem o compensador em derivação e comente os resultados.

48. Questões QUESTÃO 2. Cite três aplicações do SVC (Compensador estático de reativos). QUESTÃO 3. Qual a diferença entre o UPFC, o STATCOM e o SSSC?

49. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS • [1] PASCHOARELI JR, D. Introdução aos Sistemas Flexíveis e Controladores FACTS. DEE- FEIS/UNESP, Abril 2007. • [2] ALAMPI FILHO, S. Análise de Controladores Eletrônicos em Sistemas de Distribuição de Energia. Dissertação de Mestrado, Novembro 2005. • [3] SILVA, C.; BRAEGGER, R.; SILVA, S. FACTS e a Estabilidade - Dinâmica e Estabilidade de Sistemas Eléctricos. FEUP, Maio 2005. • [4] FOGAÇA, A. L. B. Análise de Controladores FACTS em Sistemas de Energia Elétrica. DEE-UFPR, Novembro – 2006. • [5] RODRIGUES, J. M. F. Análise e Modelação de Dispositivos FACTS Aplicados nas Redes de Transporte e de Distribuição de Energia Eléctrica. FEUP, Junho 2010.

50. OBRIGADO!