Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPELReunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 2015...
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20151
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL
Autor/apresentadorÁrea
Título do trabalho
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL
Projeto 1882 - Lab UAT Abrigado - Redes
Estudo de Múltiplas Alimentações CCAT
no Sistema Interligado Nacional
DC Multi-infeed no SIN
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20152
Motivação• Em futuro próximo o SIN estará diante da situação de múltiplas alimentações CCAT (“DC Multi-infeed”) na região Sudeste.• Hoje: convergência de 4 bipolos CCAT (2 de Itaipu + 2 do Projeto Rio Madeira)• 2017: entrada do 1º bipolo CCAT de Belo Monte.• 2020: entrada do 2º bipolo CCAT de Belo Monte, totalizando 6 bipolos chegando no Sudeste.• Apesar dos dois últimos bipolos poderem operar de forma bidirecional, boa parte do tempo estes estarão transmitindo do N para SE.• Nessa situação estes bipolos estarão injetando cerca de 20 GW no SE, no sistema de aproximadamente 120 GW (2020), e a perda temporária desta injeção pode resultar num problema sistêmico
Lab UAT Abrigado - Redes
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20153
Lab UAT Abrigado - Redes
MeloBtB
500 MW
GarabiBtB
2 x 1100 MW
Itaipu± 600kV – 800km
2 x 3150 MW
Belo Monte BP1± 800kV – 2092km
4000 MW Belo Monte BP2± 800kV – 2439km
4000 MW
Em operação
Em construção
Madeira± 600kV – 2375km
2 x 3150 MWBtB
2 x 400 MW
Projetos de HVDC no SIN
Sistemas HVDC no SIN em
2020
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20154
Lab UAT Abrigado - Redes
MeloBtB
500 MW
GarabiBtB
2 x 1100 MW
Itaipu± 600kV – 800km
2 x 3150 MW
Belo Monte BP1± 800kV – 2092km
4000 MW Belo Monte BP2± 800kV – 2439km
4000 MW
Madeira± 600kV – 2375km
2 x 3150 MWBtB
2 x 400 MW
Sistemas HVDC no SIN em
2020
DC Multi-infeed
Em operação
Em construção
Projetos de HVDC no SIN
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20155
Objetivo• O principal objetivo deste projeto é a avaliação de possíveis interações entre os elos CCAT em operação no SIN, motivadas seja pela ação de controle de cada um deles, seja pelo acoplamento elétrico, via rede em corrente alternada, entre seus terminais.
Lab UAT Abrigado - Redes
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20156
Atividades• Levantamento dos conceitos atualizados (Bibliografia).• Análise dos controles CC dos bipolos existentes (Itaipu e Madeira), e avaliação dos possíveis controles dos bipolos futuros (Belo Monte).• Investigação no âmbito da análise de estabilidade eletromecânica: - Determinar as redes (cenários) a serem analisadas; - Preparar casos de fluxo de potência dessas redes (ANAREDE); - Realizar simulações de estabilidade (ANATEM).• Investigação no âmbito da análise de transitórios eletromagnéticos: - Determinar as redes (cenários) a serem analisados, assim como a ferramenta a adotar (PSCAD ou ATP); - Preparar dados das redes selecionadas no programa adotado; - Realizar simulações.
• Identificar os problemas apresentados que estão associados à questão do DC Multi-infeed. Sugerir possíveis soluções, testando-as nas simulações.
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20157
Possíveis problemas associados a DC multi-infeed:•Possíveis problemas associados a DC multi-infeed: - interação adversa entre os controles CC; - múltiplas falhas de comutação (induzidas entre os elos); - fenômenos associados à proximidade das barras conversoras CA; - dificuldade de recuperação dos bipolos após contingências; - propagação de defeitos internos de um elo CCAT nos demais.
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20158
Resultados (Conceitos e Fluxo de Potência - ANAREDE)
• Relatório Técnico “Pesquisa Bibliográfica sobre DC Multi-infeed: Conceitos e Experiência Mundial”
• Conjunto dos casos-base para a investigação do DC Multi-infeed no SIN, a partir do PD2023 (2014-2023): - Caso 1: 2020, LEV e N-Exp
- despacho pelo CCAT de Itaipu aumentado- Angra 3 já considerado fora originalmente no PDE - Variantes: sem Angra 2 - Caso 1A
com Angra 2 - Caso 1B - Caso 2: 2020, PES e N-Exp - Caso 3: 2020, PES e N-Imp (CCAT BM do SE para N, e Mad
baixo)
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20159
Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)
• Contingências simuladas: faltas nas barras conversoras (inversores: Ibiuna, Araraquara, T.Minas e T.Rio), no seu entorno, faltas DC e perdas de polo ou bipolo. • Modelo da falha de comutação aproximado.• Em resumo: Na ocorrência de falhas de comutação simultâneas, todos os bipolos se recuperam com sucesso, no modelo matemático do ANATEM, sem resultar em instabilidade eletromecânica. Dentre os bipolos existentes, foi identificada maior fragilidade naqueles conectados em Araraquara (Rio Madeira).
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201510
Simulações Dinâmicas – Contingências•Perda Bipolo Foz - Ibiuna•Perda Bipolo P.Velho – Araraquara (ALSTON)•Perda Bipolo P.Velho – Araraquara (ABB)•Perda Bipolo Xingu - Estreito•Perda Bipolo Xingu – T.Rio•Curto na Barra AC da Conversora de Ibiuna – Perda da LT Ibiuna – Interlagos 345 kV•Curto na Barra AC da Conversora de Araraquara – Perda da LT Araraquara – Itatiba 500 kV•Curto na Barra AC da Conversora de Estreito – Perda da LT Estreito – C.Paulista 500 kV•Curto na Barra AC da Conversora de T.Rio – Perda da LT T.Rio – N.Iguaçu 500 kV•Curto na Barra de Bateias – Perda da LT. Ibiuna - Bateias 500 kV•Curto na Barra de Campinas – Perda da LT. Campinas – Araraq2 500 kV•Curto na Barra de Fernão Dias – Perda da LT. Fernão Dias – Araraquara 500 kV•Curto na Barra de Adrianópolis – Perda da LT. Adrianópolis – S.José 500 kV
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201511
Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• Defeito Monofásico em Araraquara com abertura da LT Araraquara – Itatiba 500 kV
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FALTA
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201512
Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• Defeito Monofásico em Araraquara com abertura da LT Araraquara – Itatiba 500 kV
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FALTAFALTA
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201513
Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• Ordem de grandeza dos Tempos de Recuperação
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BipoloTempo de recuperação
(ms) – 10 a 90%Madeira ABB 120
Madeira AREVA 140Itaipu 400
BeloMonte 1 80BeloMonte 2 90
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201514
Tempo de recuperação na Potência do BipoloCurto Monofásico na Barra de 500 kV de T.Rio e Perda do Circuito T.Rio – N.Iguaçu C1 500 kV
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201515
Resultados (Curto-circuito - ANAFAS)• SCR e ESCR para o Cenário 1A (2020, LEV, N-Exp e sem Angra2)
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CASO 1A - NORTE EXPORTADOR LEVE 2020
Barra Pcc 3F (MVA) Pdc (MW) Qf (Mvar) SCR ESCR
Ibiuna (Itaipu) 22540 5003 2098 4,50 4,09
Araraquara (Madeira) 22730 5589 2756 4,07 3,57
T. Rio (B.Monte2) 17930 3786 1600 4,74 4,31
Estreito (B.Monte1) 23400 3755 1600 6,23 5,81
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201516
Possíveis melhorias:• Muito embora não haja necessidade do ponto de vista de estabilidade, partiu-se para verificar o que poderia ser melhorado para reduzir a ocorrência da probabilidade de falta de comutação.• Operação com γ mais elevado: não seria possível nos bipolos já existentes.• Inserção de novos compensadores síncronos nas barras conversoras, considerando o indicativo da EPE:- 3 em Araraquara 500 kV (3 x -150/+300 MVAr) e - 2 em Terminal Rio (2 x -75/+150 MVAr)
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201517
Simulações Dinâmicas – Resultados – TensãoCurto Monofásico na Barra de 500 kV de Araraquara e Perda do
Circuito Araraquara – Itatiba C1 500 kVNovos síncronos: Vermelho = SEM / Azul = COM
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201518
Simulações Dinâmicas – Resultados – Falha ComutaçãoCurto Monofásico na Barra de 500 kV de Estreito e Perda do
Circuito Estreito – C.Paulista C1 500 kVNovos síncronos: Vermelho = SEM / Azul = COM
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201519
Simulações Dinâmicas – Resultados – Recuperação Potência Bipolo – Cenário 1A
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Defeito Tempos de Recuperação (ms)
ABB ALSTOM IBI UNA ESTREITO T. Rio
IBIUNA 138/134 142/140 440/442 80/62 115/84
ARARAQUARA 119/96 140/87 330/272 75/77 80/87
ESTREITO 128/124 133/0 275/274 80/80 79/78
T.RIO 140/136 150/146 291/293 75/75 92/90
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201520
Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• SCR para o Cenário 1A (Norte Exp Leve 2020 e sem Angra2)
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SCR – Cenário 1A - NORTE EXPORTADOR LEVE 2020
Barra Sem Síncronos Com Síncronos
SCR ESCR SCR ESCR
Ibiuna (Itaipu) 4,50 4,09 4,58 4,16
Araraquara (Madeira) 4,07 3,57 4,62 4,12
T. Rio (B.Monte2) 4,74 4,31 5,18 4,76
Estreito (B.Monte1) 6,23 5,81 6,37 5,94
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201521
Índices Preditivos Multi-infeed• MISCR ( Multi-infeed Interaction SCR)
Scci = Potência de curto circuito da barra inversora iPdci = Potência do elo CCAT iMIIF j,i = Acoplamento elétrico entre as barras inversoras i, j
• Sensibilidade com a inclusão de síncronos:• Araraquara: 3 x ( -270/300 MVar)• Terminal Rio: 2 x (-75/150 MVar)
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)( , jj
iji
ii
PdcMIIFPdcScc
MISCR
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201522
Lab UAT Abrigado - Redes
Índices Preditivos Multi-infeed• MISCR para o Cenário 1A
MISCR - Cenário 1A - NORTE EXPORTADOR LEVE 2020
Barra Sem Síncronos Com Síncronos
Ibiúna 2.40 2.62
Araraquara 2.20 2.62
Terminal Rio 2.29 2.60
Estreito 2.52 2.80
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201523
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
• Para a investigação de transitórios: escolheu-se o ATP Motivo: Automação para montar a rede equivalente
• Cenário Inicial: Caso 1A Ano 2020, Carga Leve, Norte Exportador Despacho pelo CCAT de Itaipu aumentado Sem Angra 2 e sem Angra 3
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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201524
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Belo Monte
Madeira
Itaipu
Rede CA N/NE
Interligação Norte-Sul
Rede CA SE/CO
Identificação da rede
equivalente
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201525
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Compatibilização dos dados de curto e flow
base de dados EPE (PD2023)
topologia da rede
parâmetros dos circuitos
montante de geração
Identificação da rede
equivalente
Preparação dos casos
deFlow e Curto
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201526
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Identificação da rede
equivalente
Preparação dos casos
deFlow e Curto
Equivalentede Curto
ANAFAS
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201527
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Identificação da rede
equivalente
Preparação dos casos
deFlow e Curto
Equivalentede Curto
ANAFAS
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201528
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Identificação da rede
equivalente
Preparação dos casos
deFlow e Curto
Equivalentede Curto
Equivalentede Flow
ANAFAS ANAREDE
EquivalenteANAREDE
(3 etapas)
(barras retidas)
Imped. Transferência
(ANAFAS)
(ANAFAS)
Área de Interesse
Imped. Própria
Ajuste de tensão das
fontes equivalentes
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201529
Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Identificação da rede
equivalente
Preparação dos casos
deFlow e Curto
Equivalentede Curto
Equivalentede Flow
ANAFAS ANAREDE
RedeATP
(Imped. Transferência e Próprias)
(Ajustes das Fontes Internas)
DadosATP
(LT / TR / HVDC)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201530
Cronograma• Etapa 1 (Estabilidade eletromecânica)
Lab UAT Abrigado - Redes
Item Descrição das atividadesMês
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 Levantamento dos conceitos
2 Definição dos cenários e casos
3 Produção dos casos de fluxo de potência (ANAREDE
4 Análise dos modelos de elos CCAT
5 Realização das simulações do SIN em situações de multi-infeed DC (com ANATEM)
6 Investigação e desenvolvimento de possíveis soluções para os problemas identificados
7 Realização de novas simulações para verificação da eficiência das soluções propostas
8 Relatório final
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201531
Cronograma• Etapa 2 (Transitórios Eletromagnéticos)
Lab UAT Abrigado - Redes
Item Descrição das atividadesMês
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 Levantamento das investigações mais recentes
2 Avaliação das possíveis situações de multi-infeed DC no SIN
3 Determinação das redes equivalentes para os cenários críticos identificados
4Análise dos modelos de elos CCAT disponíveis para programas de transitórios eletromagnéticos e escolha da ferramenta a ser utilizada, ATP ou PSCAD
5 Implementação das redes equivalentes definidas
6Análise das interações entre os diversos elos de corrente contínua através da simulação de defeitos sistêmicos e defeitos internos aos elos
7Investigação de possíveis soluções caso venha a ser identificada alguma dificuldade para operação do sistema na configuração multi-infeed
8 Produção do relatório final.
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201532
Proposta para trabalho futuro (2016...) • Analisar os cenários indicados pela EPE com a introdução de novos elos CCAT (após 2021):
(atendimento de cenários extremos, considerando geração eólica no NE)
► ±800kV, 4000MW, PDutra-Silvania
► ± 800kV, 4000MW, Parauapebas-Assis
(escoamento das usinas do Tapajós) ► 2 x ± 800kV, 4000MW, Tapajós-...
Lab UAT Abrigado - Redes
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201533
Lab UAT Abrigado - Redes
MeloBtB
500 MW
GarabiBtB
2 x 1100 MW
Itaipu± 600kV – 800km
2 x 3150 MW
Belo Monte BP1± 800kV – 2092km
4000 MW Belo Monte BP2± 800kV – 2439km
4000 MW
Bipole A± 800kV – 2018km
4000 MW
Bipole B± 800kV – 1458km
4000 MW
Tapajos± 800kV
2 x 4000 MW
Em operação
Em construção
Planejados
Madeira± 600kV – 2375km
2 x 3150 MWBtB
2 x 400 MW
Projetos de HVDC no SIN
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201534
Equipe
• Antonio Ricardo Carvalho• Fabiola Veliz• Fabricio Lirio• Flávio Rodrigo• Leonardo Pinto de Almeida
Lab UAT Abrigado - Redes
• Luciano Daniel• Mario Herdade• Roberto Perret• Rogerio Azevedo• Wo Wei Ping
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 201535
Obrigado pela atenção !Obrigado pela atenção !Wo Wei Ping – Wo Wei Ping – [email protected]
Leonardo P. de Almeira – Leonardo P. de Almeira – [email protected]
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL