Parte 2: Flexible AC Transmission System: FACTS prof. Porfirio Cabaleiro Cortizo Grupo de Eletrônica de Potência -GEP Depto. Engenharia Eletrônica - DELT-UFMG Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 1

Conversores empregados em Facts Static VAR Compensator - SVC Static Synchronous Compensator – StatCom Thyristor Controlled Series Compensator - TCSC Solid State Series Compensator - SSSC Unified Power Flow Controller – UPFC Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - TCPAR Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 2

Compensadores “Shunt”: SVC: Static Var Compensator Statcom: Static Synchronous Compensator Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 3

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão (I) Vr 0 XL Vs  I P&Q S R I VR VL VS d Diagrama Fasorial Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 4

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão (II) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 5

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão (III) Considerando que VS=VR=V, temos que: Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 6

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão (IV) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 7

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (I) Vr 0 XL/2 Vs  S IR IM VM Considerando que: VS = VR = VM = V PS = PR QS = QR + QM Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 8

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (II) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 9

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (III) VR jXLIS/2 VS d d/2 IM IR VM Diagrama Fasorial jXLIR/2 Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 10

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (IV) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 11

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (V) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 12

Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (VI) Para uma transferência de potência real de 1,0 p.u. o compensador deve injetar uma potência reativa de 0,5359 p.u. Para que a transferência de potência real na LT seja de 2,0 p.u. o compensador deve injetar uma potência reativa de 4,0 p.u. Deve ser feito um compromisso entre o aumento da potência real transferida na LT e o dimensionamento do compensador. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 13

Influência da limitação da potência do SVC no controle do Fluxo de Energia em uma Linha de transmissão (I) IS R Vr 0 XL/2 Vs  S IR IM Considerando que: IS = IR + IM IM = jVMBS VS = VM = VR = V Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 14

Influência da limitação da potência do SVC no controle do Fluxo de Energia em uma Linha de transmissão (II) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 15

Influência da limitação da potência do SVC no controle do Fluxo de Energia em uma Linha de transmissão (III) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 16

Influência da limitação da potência do STATCOM no controle do Fluxo de Energia em uma Linha de transmissão (IV) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 17

Influência da limitação da potência do STATCOM no controle do Fluxo de Energia em uma Linha de transmissão (V) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 18

Vantagem do Statcom sobre o SVC na estabilidade transitória em uma linha de transmissão (VI) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 19

Regulação de Tensão x Dimensionamento do SVC ou StatCom (I) Regulação de tensão do SVC ou StatCom Quanto melhor a regulação da tensão nos terminais do compensador, maior deve ser a capacidade reativa do compensador; Um compromisso entre o dimensionamento do compensador e a regulação é tolerar uma queda de tensão nos terminais do compensador da ordem de 1% a 5%. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 20

Regulação de Tensão x Dimensionamento do SVC ou StatCom (II) IL IC Vt Linha de carga 1 Vref = Vt ILmax Linha de carga 2 ICmax ILmax ICmax Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 21

Regulação de Tensão x Dimensionamento do SVC ou StatCom (III) IL Vt IC Linha de carga 1 Vref = Vt ICmax Linha de carga 2 ILmax ICmax ILmax Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 22

Estratégias de Controle dos Compensadores “Shunts” Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 23

Estratégias de Controle dos Compensadores Controle da tensão no barramento; Amortecimento de oscilações de potência no barramento; Aumento da estabilidade transitória; Reservatório de Var Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 24

Controle da tensão no barramento (I) Implementação da referência de tensão do barramento com uma parcela de queda de tensão devido a corrente do conversor + - SVC Ou StatCom Regulador PI Vref Corrente do conversor Tensão do barramento Vref – kIconv Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 25

Controle da tensão no barramento (II) Controlando a tensão no barramento do compensador (durante os transitórios) é possível amortecer oscilações de potência devido a perturbações na linha de transmissão. As freqüências típicas destas oscilações variam entre alguns décimos de 1Hz até próximo a 2Hz. O comportamento destas oscilações é determinado pelo torque de sincronização e pelo torque de amortecimento. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 26

Amortecimento de Oscilações de Potência (I) O torque de sincronização assegura que o ângulos dos rotores de diferentes geradores não aumentam indefinidamente, após uma grande perturbação. Este torque é o responsável por sincronizar os diferentes geradores, garantindo a estabilidade transitória. O torque de sincronização define a freqüência de oscilação. O torque de amortecimento é o responsável pelo decaimento das oscilações. Mesmo em um sistema estável, as oscilações podem se manter por um tempo elevado, se o torque de amortecimento for insuficiente. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 27

Amortecimento de Oscilações de Potência (II) Equação de “Oscilação” da Máquina Síncrona Onde, Pm é a potência mecânica de entrada, H é a constante de inércia e Pe é a potência elétrica de saída e é definida em função do angulo de carga d e do módulo da tensão no ponto central da linha de transmissão. Esta representação é porque o fluxo de energia transmitindo depende destas duas variáveis, considerando que a tensão nas duas extremidades são iguais. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 28

Amortecimento de Oscilações de Potência (III) A linearização da equação de oscilação da máquina síncrona dá: A regulação da tensão no ponto central da linha faz com que: Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 29

Amortecimento de Oscilações de Potência (IV) Assim, a equação de oscilação da máquina síncrona transforma-se na equação abaixo: As raízes desta equação estão localizadas no eixo imaginário do plano s, o que implica que o ângulo de carga oscila com uma freqüência constante e igual a: Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 30

Amortecimento de Oscilações de Potência (V) Se a tensão no ponto central da LT variar de acordo com a equação: Teremos: Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 31

Amortecimento de Oscilações de Potência (VI) Considerando que: A solução deste sistema possui raízes localizadas no eixo real se: Um aumento da tensão nos terminais do compensador, provoca um aumento da potência elétrica transmitida. Este aumento do fluxo de potência na LT se opõe a aceleração do gerador. De modo similar, uma redução da tensão nos terminais do compensador se opõe a desaceleração do gerador. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 32

a) Amortecimento de Oscilações de Potência (VII) + - SVC Ou StatCom Regulador PI Vref Tensão do barramento Vt, It, f Vt, f It Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 33

b) Amortecimento de Oscilações de Potência (VIII) Vref + - SVC Ou StatCom Regulador PI Tensão do barramento Vt, f It Vt, It, f Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 34

Amortecimento de Oscilações de Potência (IX) Sistema instável Sistema sub-amortecido Sistema sobre-amortecido Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 35

Amortecimento de Oscilações de Potência (X) Sistema instável Sistema sub-amortecido Sistema sobre-amortecido Sistema sub-amortecido Sistema instável Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 36

Amortecimento de Oscilações de Potência (XI) Sistema instável Sistema sub-amortecido Sistema sobre-amortecido Sistema sub-amortecido Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 37

Aumento da margem de estabilidade transitória (I) Controlando a tensão no barramento do compensador (durante os transitórios) é possível aumentar a margem de estabilidade transitória devido a perturbações na linha de transmissão. A estabilidade transitória indica a capacidade de recuperação do sistema, após uma perturbação. Aumentar a tensão no barramento, quando do aparecimento de uma falta, aumenta a área de segurança na curva Pxd Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 38

Aumento da margem de estabilidade transitória (II) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 39

Aumento da margem de estabilidade transitória (III) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 40

Aumento da margem de estabilidade transitória (IV) Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 41

Aumento da margem de estabilidade transitória (II) + - SVC Ou StatCom Regulador PI Vref Tensão do barramento P, Vt, It, f Vt, f It Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 42

Reservatório de VAR (I) A principal função é atuar como fonte de VAr para reagir a perturbações inesperadas da tensão devido a faltas, comutação de carga ou de LT’s, desconexão de geradores e etc. O conceito básico é permitir que o compensador altere sua saída rapidamente de modo a compensar perturbações transitórias. Quando a perturbação resultar em um novo ponto de operação, o controle altera a tensão de referência de modo a que a energia reativa fornecida, no novo ponto de operação, retorne ao valor anterior. Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 43

Reservatório de VAR (II) IL Vt IC Variação rápida Variação lenta Iq Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 44

Reservatório de VAR (III) Integrador + - SVC Ou StatCom Regulador PI Vref Tensão do barramento Iq Vt, f It Iqref Prof. Porfírio Cabaleiro Cortizo 45