Transmissão de Energia Elétrica A Grandes Distâncias Aplicação de Conversores VSC Transmissão em CA Segmentada Aplicação de Conversores VSC Transmissão.

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1 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

2 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 2 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

3 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 1. INTRODUÇÃO 3 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)

4 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS CAHORA BASSA 4

5 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS CHINA 5

6 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS Ref: EPRI SHOCK ABSORBERS 6

7 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS FATORES NO PLANEJAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS 7

8 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS REALIDADE NACIONAL 8 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).

9 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

10 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS REALIDADE NACIONAL (continuação) 10 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.

11 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 11 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……

12 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 12

13 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) 13

14 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 14 4.2.1 Limitação do Carregamento das LTs em CA -St. Clair, H.P.-Practical Concepts in Capability and Performance of Transmission Lines (1953) – concept of “line loadability” in terms of surge impedance loading SIL (habilidade da LT com dado comprimento, e operando com um dado carregamento, 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

15 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 15 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

16 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 16 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

17 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 17

18 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 18

19 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 19

20 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS INTERLIGAÇÃO Norte-SE/CO 20 SE/CO N NE Itaipu RSE FNS S GER IPURSEFNS (MW) 560054001600

21 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS INTERLIGAÇÃO Norte-SE/CO Segmentada Estudo de Caso GER IPU RSE FNS (MW) 1. VSC B2B 21 SE/CO N NE Itaipu RSE FNS S GER IPURSEFNS (MW) 560054003000

22 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 22

23 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS LIGAÇÃO TRANSANDINA (4860 km) 23

24 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 4.3 LINHAS DE POTÊNCIA NATURAL ELEVADA 24

25 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 4.3 LINHAS DE POTÊNCIA NATURAL ELEVADA (continuação) 25

26 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 26 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).

27 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS “VOLTAGE SUPPORTED SYSTEMS” 27

28 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 4.4.2 Efeito do Controle de Tensão na Linha sobre a Estabilidade do PE Unifilar simplificado 28

29 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 4.4.3 Efeito do Controle de Tensão na Linha sobre a Estabilidade do PE Relações básicas 29

30 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

31 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 150  Curva Potência-Ângulo 31

32 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS “Transient Stability as affected by transmission voltage control” 32

33 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 33 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

34 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS VSC Transmission- CIGRE WG B4.37 (2001) (Ref: Electra, April 2005) 34 -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

35 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 35 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.

36 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 36

37 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 37 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

38 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 38 FIM

39 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 39

40 LINHAS DE TRANSMISSÃO EM CA SEGMENTADAS 40