SISTEMAS FLEXÍVEIS DE
TRANSMISSÃO AC
ELETRÔNICA DE POTÊNCIA
Equipe: Débora Short
Leonardo Santos
Ricardo Brito
FLEXIBILIDADE EM SISTEMAS DE
POTÊNCIA
PLANEJAMENTO DOS SISTEMAS DE
POTÊNCIA
●
Confiabilidade – Adequação e Segurança
●
Baixo custo
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.
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.
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.
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
Grupos dos controladores FACTS
1. Chaveados
2. Controlados
3. Avançados
CONTROLADORES
FACTS CHAVEADOS
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.
TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A
TIRISTOR
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.
●
TSSC – CAPACITOR SÉRIE CHAVEADO A
TIRISTOR
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.
●
TSC – CAPACITOR SHUNT CHAVEADO A
TIRISTOR
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).
PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM
TAP CHAVEADO A TIRISTOR
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.
PST – TRANSFORMADOR DEFASADOR COM TAP
CHAVEADO A TIRISTOR
Esquema elétrico de um transformador defasador convencional.
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.
CONTROLADORES
FACTS CONTROLADOS
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 (Thyristor Controlled Series Compensator) –
Compensador série controlado por tiristor.
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)
SVC – Compensador estático de reativos
(a)
(b)
(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.
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO

Compensador paralelo ideal (SVC) conectado ao ponto médio de uma linha
de transmissão.
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.
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO


Potência ativa transferida de VS para o lado da carga VR é dada
por:
Potência transferida sem compensação:
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.
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.
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.
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO
EXEMPLO DE APLICAÇÃO DO SVC:
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●
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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.
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO
Interligação a 600MW entre Matimba e
Insukamini.
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO
SVC de Insukamini
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO

Sistema de 230 MVar SVC (para suprimir a flutuação de voltagem e a
oscilação de energia)
SVC – COMPENSADOR DE POTÊNCIA REATIVA
ESTÁTICO

Sistema de 20 MVar SVC (para sistemas de geração de energia eólica)
TCSC - Compensador série controlado
por tiristor
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 curtocircuito, estabilidade em regime transitório e a mitigação
de ressonância sub síncrona (SSR).
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.
TCSC - Compensador série controlado
por tiristor
CONTROLADORES
FACTS AVANÇADOS
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).
STATCOM
• Esquemáticos do STATCOM:
SSSC
• É similar ao STATCOM.
• Utiliza conversor como fonte de tensão síncrona.
• A tensão gerada é inserida em série com a linha de
transmissão.
SSSC
• Esquema do SSSC:
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.
UPFC
• Esquemas do UPFC:
Aplicações
UPFC
STATCOM
Questões
QUESTÃO 1. Considere o circuito abaixo:
Sabendo que Vs = 127V , Vr= 127 ∟30º V , 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.
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?
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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
[1] PASCHOARELI JR, D. Introdução aos Sistemas Flexíveis e
Controladores FACTS. DEEFEIS/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.
OBRIGADO!