Luís Carlos Origa de Oliveira
Transmissão em Corrente Contínua
Módulo 2
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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)
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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)
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Chave Eletrônica: Thiristor (características operacionais básicas)
Chave Eletrônica
Real
Ideal
CONDUÇÃO : VAK>0 e Ig0
BLOQUEIO : ID < IH
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Operação da Ponte Trifásica de 6 Pulsos
I Vdc V(+) V(-)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
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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 )
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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
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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)
Operação da Ponte Trifásica de 6 Pulsos
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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)
Operação da Ponte Trifásica de 6 Pulsos
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Tensão Terminal Média
cos23
Ld VV Retificação
Inversão
cosdod VV
Operação da Ponte Trifásica de 6 Pulsos
Ldo VV
23
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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
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2
)t(u)t(u)t(u sr
xN
2
)(tutu T
xN
UR
USUT
-UT
Tensão do polo (+) para N
Tensão Terminal CC Durante a Comutação
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Tensão Terminal CC Durante a Comutação
0tututu TdxN )()()(
)(2
3)(
2
)()( tutu
tutu TT
Td
2
)(tutu T
xN Tensão do polo (+) para N :
Malha de Tensão :
Tensão terminal total :
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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
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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
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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
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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
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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
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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 :
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Momento de Reflexão
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Ponte Conversora Típica em HVDC
Sistema Multipulso / Operação Série: - aumentar os níveis de tensão CC - reduzir as distorções harmônicas;
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Associação série: - suportabilidade de tensão reversa - equalização estática - dv/dt ( amortecedores ) - di/dt Associação paralela:
- suportabilidade corrente direta
Válvula de Tiristores ( Arranjo básico )
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A Estação Conversora ( Arranjo básico )
Arranjo elétrico em 12 pulsos Edificação típica para 12 Pulsos
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Válvulas quádruplas
Válvulas de Tiristores
Válvula Quádrupla
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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 )
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-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]
Material disponível