Transmissão de Energia Elétrica
A Grandes Distâncias
Aplicação de Conversores VSC
Transmissão em CA Segmentada
Aplicação de Conversores VSC
Transmissão em CA Segmentada
A.Pedroso – out 08
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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1. Introdução
2. Fatores no Planejamento de Sistemas Elétricos
3. Realidade Nacional
4. Linhas de Transmissão Segmentadas
4. 1 Áreas Elétricas Assincronas
4. 2 Combinação de Linhas Segmentadas com Linhas com Suporte de Tensão
4. 3 Linhas de Transmissão de Projeto Não Convencional
4. 4 Linhas de Transmissão Controladas em Tensão
5. Estudo de Casos
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
1. INTRODUÇÃO
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Transmissão em CAAT a Longa Distância no País Itaipu (800 km, comp shunt e série) Norte - Sul (1400 km, 100% comp shunt, 50% comp série)
Sudeste-Nordeste (1054 km, 100% comp shunt) Tucurui – Manaus (1457 km, …….)
P.Velho – Araraquara (2250 km,….….)
Transmissão em CCAT a Longa Distância no Mundo Cahora – Bassa (1500 km, 2000 MW)
Ligação CCAT Estrutura Híbrida CC/CA China
Sistema de Grande Porte Multi-Infeed ( processos em cascata / oscilações emec Interareas)
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
CAHORA BASSA
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
CHINA
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
Ref: EPRI SHOCK ABSORBERS
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
FATORES NOPLANEJAMENTO DESISTEMAS ELÉTRICOS
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ECONÔMICO SOCIO TÉCNICOS AMBIENTAIS FINANCEIROS (políticos-etnicos)
ECONÔMICO SOCIO AMBIENTAIS TÉCNICOS FINANCEIROS (políticos-etnicos)
SOCIO ECONÔMICO AMBIENTAIS TÉCNICOS (políticos-etnicos) FINANCEIROS
Não obstante o aumento dos
requisitos: satisfação da demanda , confiabilidade e incertezas dos cenários de expansão
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
REALIDADE NACIONAL
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Os planos decenais elaborados pela EPE apontam para cenários de expansão com hidrelétricas a partir da exploração dos potenciais das bacias da Região Amazônica.
Conclui-se assim pela necessidade de conceber uma Estratégia de Expansão da Malha com ênfase na integração deste potencial, capaz de gerar uma estrutura de transmissão otimizada no que tange:
confiabilidade (limitação de propagação de processos em cascata);
flexibilidade;
atendimento às questões sócio ambientais (inserção regional).
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
REALIDADE NACIONAL (continuação)
Marcha para o Oeste (migração)
Centro – Oeste passa Sudeste e fica com a maior renda do País (PNAD – agronegócio em Goiás, Mato Grosso, Mato Grosso do Sul: R$ 1.139 /R$ 1.098) AMAZÔNIA abre nova fronteira (Aproveitamento do Xingu: acordo com a área ambiental , com garantia de atendimento à sustentabilidade de cada bacia UH Belo Monte 12 GW) Usinas do TAPAJÓS (Eletrobrás – CNEC: S.Luiz de Tapajós 6.3 GW) 9
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
REALIDADE NACIONAL (continuação)
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A aplicação da Estratégia em todos os empreendimentos futuros se opõe a um tratamento individualizado que resulta, muitas vezes, em custosas adaptações da Rede existente. O procedimento tem reflexos econômicos importantes pois sinaliza direções preferenciais de P&D de equipamentos para um mercado estimado em cerca de 160 GW.Alternativas de transmissão com linhas segmentadas, e dotadas de controle de tensão, atendem aos condicionamentos apontados para a transmissão a grandes distâncias no País.
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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4. Linhas de Transmissão Segmentadas– Linhas de Transmissão em CA interconectadas por ligações assíncronas
O objetivo é eliminar eventuais restrições / limitações de estabilidade eletromecânica entre os extremos gerador e recebedor. Com o emprego de conversores eletronicos de potência CA/CC e CC/CA, divide-se / corta-se a linha em secções . As secções de um lado do conversor operam de modo assíncrono em relação as secções do outro lado (modo assíncrono tem aqui o sentido de independência de frequência)
Linha C Linha A Dispositivo Back-to-Back Linha D Linha B
Linha E
Venikov 1980 – “Subdivision of Power Systems as a mean for maintaining transient stability” – The subdivision of power systems into separate sections asynchronous to each other may be considered as a mean of preventing the violation of stability……
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.1 Aplicação da Transmissão Segmentada na Expansão da Malha Principal no País
Formação de Ilhas Assíncronas (estrutura em áreas)
Conceito tradicional de Área
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.2 Linhas de Transmissão Segmentadas dotadas de Suporte de Tensão
conversor HVDC VSC B2B
(segmentação) CER STATCON (controle de tensão) Atributos da transmissão segmentada com suporte de tensão: CONTROLABILIDADE DE TENSÃO E DE POTÊNCIA MÁXIMA DISTÂNCIA DE TRANSMISSÃO = Máx comprimento dos segmentos ? (LOADABILITY – St. Clair)
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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4.2.1 Limitação do Carregamento das LTs em CA
-St. Clair, H.P.-Practical Concepts in Capability and Performance ofTransmission Lines (1953) – concept of “line loadability” in terms of surge impedanceloading SIL (habilidade da LT com dado comprimento, e operando com um dadocarregamento, satisfazer um conjunto de especificações).
-Curva fornece uma estimativa do grau de carregamento em relação a sua potência natural, para um dado comprimento, avaliação esta baseada na satisfação de
critérios e hipóteses apropiadas, relacionadas com:
-limitação de natureza térmica; -limitação da queda de tensão; -limitação de estabilidade eletromecânica (margem de estabilidade)
TRANSMISSÃO A LONGA DISTÂNCILINHAS EM CA INTERLIGADAS POR DISPOSITIVOS B2B
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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EXEMPLO
LT com 480 km
Carregamento de 100% da P natural
LT com 960 km
Carregamento de 56% da P natural
Fator Limitante: Estabilidade Eletromecânica
Sobretensões
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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APLICAÇÃO A TRANSMISSÃO DO MADEIRA ?
LTs com Suporte de Tensão (SVC)
P.VELHO COXIPÓ (CUIABÁ) ARARAQUARA
| | | 0 1250 2250 km Estação Conversora HVDC VSC B2B
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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JIPARANÁ VILHENA JAURU COXIPÓ RET
Gerador 5m2100 MW
COXIPÓ INV
SISTEMA SUDESTE
B2B VSC2655 MW
SISTEMA MATO GROSSO
-700/+700 -700/+700
-95 -95
-95 -95
-95 -95
-95 -95
-95 -95
-95 -95
-95 -95
-95 -95
500 kV 230 kV
S.ANTONIO
345 kV 138 kV
4
5
6 7 8 21 22
-700/+700
Jauru Rondonópolis Samuel Guaporé
Gerador 3m1100 MW
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
INTERLIGAÇÃO Norte-SE/CO
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SE/CO
N
NE
ItaipuItaipu
RSE
FNS
S
GER IPU RSE FNS
(MW)
5600 5400 1600
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
INTERLIGAÇÃO Norte-SE/CO Segmentada Estudo de Caso
GER IPURSEFNS (MW)
1. VSC B2B
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SE/CO
N
NE
ItaipuItaipu
RSE
FNS
S
GER IPU RSE FNS
(MW)
5600 5400 3000
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
LIGAÇÃO TRANSANDINA(4860 km)
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.3 LINHAS DE POTÊNCIA NATURAL ELEVADA
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Para fixar idéias considere a LT empregada nos trabalhos (Portela e outros-XIX SNPTEE) LNC500:
Tensão: 500 kV (tensão nominal, 550 kV tensão mx em permanência) Impedância Característica: 146.6 Potência Característica: 1632 MW Parâmetros (60 Hz):
R = 0.0126 / km XL = 0.1913 / km L = 0.507439 10-3 H / km BC = 8.901168 10-6 S / km C = 23.611 10-9 F / km
(“line charging ‘em 500kV = 2.2252 Mvar / km) Nos nossos estudos as LT são consideradas como idealmente transpostas, seus parâmetros independentes de freqüência; a depêndencia com relação ao solo também não é levada em conta. Estas aproximações são pertinentes em estudos à freqüência fundamental. Em alguns momentos buscando examinar os impactos dos diferentes modos / tipos de compensação – série, paralela (shunt) –numa ampla gama de freqüências , estas simplificações são mantidas, com prejuízo da precisão dos resultados, sem contudo invalidar os aspectos qualitativos do desempenho elétrico.
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.3 LINHAS DE POTÊNCIA NATURAL ELEVADA (continuação)
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Velocidade de propagação: 1 km
v 288902 (0.963 c)sLC
Comprimento elétrico (60 Hz):
3L C
rad grausX B 1.3049 10 (0.0747658 )
km km
ângulo de transmissão SIL x
(graus) x
(km) 30 401.253 60 802.506 90 1203.76
120 1605.01 180 2407.52
Parâmetros de LTs em 500 kV - Comparação
Característica
LNC
LC (Ref:Kundur pg 209)
Zc 146.6 350 Pc 1632 MW 1000 MW R 0.0126 /km 0.028 /km XL 0.1913 /km 0.325 /km
“line charging” 2.2252 Mvar/km 1.30 Mvar /km 1.3049 10-3 rad/km 1.30 10-3 rad/km
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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4.4 LINHAS CONTROLADAS EM TENSÃO 4.4.1 Aplicação de Compensação Estática
Versão atual dos sonhados “voltage supported systems’, nos
quais as linhas de transmissão de grande comprimento seriam dotadas de SE intermediárias – estações de chaveamento -, que possibilitariam a instalação de compensadores síncronos (CS), com o objetivo de suportar a tensão ao longo da linha, melhorando a estabilidade.
Na implementação atual os compensadores síncronos são substituídos por
reatores controlados (CER) ou compensadores estáticos (STATCON).
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
“VOLTAGE SUPPORTED SYSTEMS”
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barra #1 barra # 2………….. CS #1 CS #2………
Transmissão com suporte de tensão ( Ref: Crary, Venikov )
barra #1 barra # 2………….. CER #2………… CER #1………
Transmissão com controle de tensão ( Ref: Gyugi, Edris, Hammad, Reichert )
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.4.2 Efeito do Controle de Tensão na Linha sobre a Estabilidade do PE Unifilar simplificado
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.4.3 Efeito do Controle de Tensão na Linha sobre a Estabilidade do PE Relações básicas
29
1 2
12
12 1 2 1 2
2 21 2 2 1 1 2 1 2
12
E EP se n
x
x x x x x B
1V (E x ) (E x ) 2E E x x cos
x
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
4.4.4 Efeito do Controle de Tensão na Linha sobre a Estabilidade do PE Componentes do Torque Sincronizante
30
12
12
21 2 1 2
212 120 0
xdP P P
d x
E E x xdP PK cos
d x V x
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
150Curva Potência-Ângulo
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50 100 150 200deltaG
-3000
-2000
-1000
1000
2000
3000
4000
Potencia transf MWCurva Potencia- Angulo
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
“Transient Stability as affected by transmission voltage control”
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ΔP K1 _ Δω Δδ ΔPm+ 1/2Hs 377/s _ K2 K4 ΔX12 ΔB ΔV + -X1 X2 GCER + outros + sinais ΔX12
K3
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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4.5 Conversores Configurados para Operação em Back–to–Back HVDC
CSI – “Current Source Inverters”CCC – “Capacitor Current Converter”VSC– “Voltage Source Converter”
HVDC Light-ABB e HVDC Plus-Siemens
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
VSC Transmission- CIGRE WG B4.37 (2001)
(Ref: Electra , April 2005)
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-VSC advantages over LCC
No commutation failures, can operate at very small SCR, and can energize passive and dead grid (blackstart capability);
Non minimum DC current;
Q can be controlled at both ends independently, and independent P control, within the rating of the equipament (cost of the ancillary services);
Harmonic filtering at HF;
Footprint considerably smaller (25%-40%) than that of the LCC HVDC;
Can operate w/o intercom between VSC SEs
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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VSC Transmission- CIGRE WG B4.37 (2001)
(Ref: Electra , April 2005)
-VSC disadvantages over LCC
Higher power losses (2% over 0.8% in LCCs);
Practical experiences with ovh lines:
Needs SC detection schemes.
-Conclusions of the Report
The report did not identify any technical barriers to VSC at power levels.
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Tipos de Conversores VSC (ref: ABB-www.abb.com/cables dez 2007)
Dados de Estação Conversora B2B-VSC
Potência – 500 MW HVDC Light® + / - 150 kV (Mod 6)
Dimensões da SE incluindo transformadores e equipamento de refrigeração – 50 x 120 metros
Custo: US$ 120 milhões por conversor (out 2007) (Válvulas conversoras %, transformadores 20%, proteçãoe controle 10%, obras civís e montagem 20%, outros equipamentos elétricos 20%)
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APLICAÇÃO A TRANSMISSÃO DO MADEIRA LTs com Suporte de Tensão (SVC)
P.VELHO COXIPÓ (CUIABÁ) ARARAQUARA
| | | 0 1250 2250 km Estação Conversora HVDC VSC B2B
1 conversorconversor
12
12 1 2 1 2 CER
E VP s e n
x
x x x x x B
LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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FIM
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LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS
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