Parte 2: Flexible AC Transmission System: FACTS

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1 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

2 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

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

4 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

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

7 Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão (IV)
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8 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

9 Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (II)
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10 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

11 Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (IV)
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12 Fluxo de Energia em uma Linha de Transmissão Compensação “Shunt” (V)
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13 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

14 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

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

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

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

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

19 Vantagem do Statcom sobre o SVC na estabilidade transitória em uma linha de transmissão (VI)
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20 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

21 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

22 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

23 Estratégias de Controle dos Compensadores “Shunts”
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24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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

32 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

33 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

34 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

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

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

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

38 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

39 Aumento da margem de estabilidade transitória (II)
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40 Aumento da margem de estabilidade transitória (III)
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41 Aumento da margem de estabilidade transitória (IV)
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42 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

43 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

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

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