aula 14 - conversores para controle de fluxo e qualidade · 2014. 11. 28. · – reguladores de...
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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
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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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