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Transmissão em Corrente

Contínua

CONTROLE PARA SISTEMAS

DE TRANSMISSÃO EM CC

Prof. Júlio Borges de Souza

CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE

Os controladores das pontes conversoras são responsáveis pela manutenção das

correntes, tensões, ângulos de disparo α e de extinção , em valores pré-determinados

para a operação em regime permanente, e também pela sua modificação adequada

durante os períodos transitórios subsequentes a distúrbios nos sistemas ca/cc.

Ponte Conversora – Tensão cc

Ponte Retificadora – Circuito Equivalente

A equação de regulação pode ser escrita nas formas:

dCdd IRVV .cos.0 dCdd IRVV .cos.0

Ponte Inversora – Circuito Equivalente

HVDC – Circuito Equivalente

HVDC – Sistema de Controle

Circuito Equivalente de um Sistema CC em Regime Permanente

MEIOS BÁSICOS DE CONTROLE

cos.1dodr VV cos.2dodi VV 21 clcd RRRR

21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

Id e Vd em qualquer ponto da linha só podem ser controladas

por variações em Vdr e Vdi pois Rd são parâmetros do sistema

MEIOS BÁSICOS DE CONTROLE

21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

Métodos de controle de Vdr e Vdi – tensões internas

- Alterando os valores das tensões ca de alimentação

𝑉01 = 3 6. 𝑉 𝜋

- Controle da excitação dos geradores

- Utilização de transformadores providos de taps

- Alterando o ângulo de ignição (α) para o retificador e o

ângulo de extinção () para o inversor

- Sistema de geração de pulsos de ignição

Velocidade de controle: α ou - 1 a 10 ms; taps – 5 a 6 s por estágio.

Distúrbios no sistema CA de alimentação ou faltas

nos conversores

- rápida restauração pelo sistema de ignição

LIMITAÇÃO DO CONTROLE MANUAL

dlcddlcdrd IRRVIRRVV ).(cos.).( 110111

dlcddlcdid IRRVIRRVV ).(cos.).( 220222

Para valores constantes de Vd01, Vd02, α e a

representação de Vd = f(Id) será uma reta

LIMITAÇÃO DO CONTROLE MANUAL

dlcddlcdrd IRRVIRRVV ).(cos.).( 110111

dlcddlcdid IRRVIRRVV ).(cos.).( 220222

d

didrd

R

VVI

A corrente Id é bastante sensível às variações das

tensões de alimentação do retificador e do inversor.

Métodos de controle de potência de um sistema CC 𝑃𝑑 = 𝑉𝑑 . 𝐼𝑑

- Manter a tensão constante e variar a corrente

- Manter a corrente constante e variar a tensão

CORRENTE CONSTANTE x TENSÃO CONSTANTE

Considerações para a definição do método

- Limitação de variação da corrente devido a:

- Variações da tensão do sistema CA

- Faltas na linha CC e nos conversores

- Minimizar as perdas

Considerações – Limitação da variação da corrente

- Mantendo-se a tensão constante

- As correntes de curto circuito são altas

- Sistema ca – impedâncias

- Sistema cc - resistências

- Mantendo-se a corrente constante

- Termos ideias – Icc = Idn

- Na prática – Icc = 2.Idn

- Falta “circuito aberto” – sobretensões ( raras )

O método da corrente constante é mais

vantajoso


Considerações – Minimização das Perdas

- Perdas dependentes da corrente - R.Id2

- Id constante – perdas constantes para qualquer Pd

- Vd constante – perdas variáveis


- Perdas dependentes da tensão

- Id constante – perdas variáveis

- Vd constante – perdas constantes

- As perdas dependentes da tensão são

inferiores àquelas dependentes da corrente

O método da tensão constante é

mais vantajoso

- Limitação da corrente máxima – evitar danos nas válvulas

e outros dispositivos

- Limitação das flutuações da corrente quando da

ocorrência de flutuações na tensão de alimentação

- Conservar o fator de potência tão alto quanto possível

( ideal: αmin =0º; real: αmin entre 5º a 7º)

- Evitar falhas de comutação no inversor

- ( min =15º)

- Válvulas constituídas por associação série-paralela de

tiristores – permitir que a tensão anodo-catodo atinja um

valor suficiente para causar a ignição simultânea de todos

os elementos

CARACTERÍSTICAS DESEJADAS PARA O SISTEMA DE CONTROLE

- Considerando um ponto nos terminais do retificador


CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS

dcdd IRVV .cos. 101

dcldd IRRVV ).(cos. 202

Com Rc2 > Rl tem-se:

SISTEMA IMPRATICÁVEL

- O retificador deve ser provido de um dispositivo para

manter a corrente Id constante – linha vertical ( >90º)

CCC – Constant Current Control

- O inversor deve ser provido de um dispositivo para

manter o ângulo de extinção constante

CEA – Constant Extinction Angle control



- A característica do retificador pode ser alterada para a

esquerda ou para a direita alterando-se a corrente de

comando (ordem ou referência)

- A característica do inversor pode ser alterada para cima

ou para baixo alterando-se a tensão CA de alimentação



- Corrente Id medida diferente da de referência – regulador

atua no ângulo de ignição do retificador

- Tensão Vd medida diferente da de referência – alteração do

tap do transformador (isto altera - o CEA atua retornando

ao valor de referência – e altera Id – o CCC atua retornando

Id ao valor de referência)

O retificador controla a corrente – O inversor controla a tensão ()



21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

- Se a tensão no inversor é elevada, a tensão do retificador

também deve ser aumentada de um valor equivalente, para

que a corrente seja mantida constante – diminuição de α.

- Quando α atinge seu valor mínimo a tensão de alimentação

deve ser aumentada – tap do trafo (procedimento

automático de forma a manter α entre 10º e 20º)

Manter alto fp – margem para aumento de Vdr



21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

- Característica acima: o retificador consegue manter Id

constante para qualquer condição ca

Isto não é possível

O retificador deve ser dotado de um controle para manter α=αmin

CIA – Constant Ignition Angle Control



21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

- Em condições normais de tensão CA o segmento de corrente

constante determina o ponto de operação do conversor

- No caso de grandes reduções da tensão CA do retificador, o

trecho de α=αmin (constante) é que determina o ponto de

operação

A figura apresenta duas característica para α=αmin e dois

valores para a tensão de alimentação do retificador



21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

- No caso da tensão de alimentação do retificador ser muito

reduzida, a característica para α=αmin ficará abaixo da

característica do inversor e não haverá intersecção entre as

duas característica – não haverá ponto de operação.

- A corrente e a potência seriam reduzidas a zero.

Solução – Equipar o inversor com um CCC



21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

- Inversor equipado com um CCC.

- A corrente de referência do CCC do inversor deve ser menor do

que a do CCC do retificador.

- A diferença recebe o nome de Margem de Corrente.

∆𝐼𝑑= 0,1 𝑎 0,15 . 𝐼𝑑

- Para aumentar a corrente ordem, primeiro aumenta a do retificador

e depois a do inversor.

- Para diminuir a corrente ordem, primeiro diminui a do inversor e

depois a do retificador



- Com o objetivo de promover a reversão de potência em

um Sistema CC, ambas estações conversoras devem ser

capazes de operar como retificador ou como inversor.

- A reversão de potência é realizada invertendo-se a tensão

e não a corrente.

- Um conversor operando como retificador apresenta sua

característica no primeiro quadrante do sistema cartesiano

Vd = f(Id).

- O mesmo conversor operando como inversor apresenta a

correspondente característica no quarto quadrante.


CARACTERÍSTICAS COMBINADAS

- Característica conversor I



- Característica conversor II

- Linha cheia - conversor I opera como retificador e conversor II como inversor

- Linha tracejada – conversor I opera como inversor e o II como retificador



- Conversor I opera como retificador e conversor II como inversor



- Conversor I opera como inversor e o conversor II como retificador



ÂNGULO DE IGNIÇÃO CONSTANTE NO INVERSOR


CARACTERÍSTICAS COMPLEMENTARES

O CIA limita o valor mínimo do ângulo de disparo das válvulas desta estação conversora.

Sua função é evitar que a ponte Inversora entre, por erros operativos, na região retificadora.

21

0201 cos.cos.

clc

dd

d

didrd

RRR

VV

R

VVI

CONTROLE DO ERRO DA CORRENTE



Quando a resistência equivalente de comutação da inversora excede a

resistência da linha de corrente contínua, as características do retificador e do

inversor podem apresentar mais de um ponto de cruzamento, provocando

instabilidade do controle da ligação em corrente contínua, conhecida como

”Three Point Cross-Over Instability”.

CONTROLE DO ERRO DA CORRENTE



O Controle do Erro da Corrente modifica a característica estática da inversora

no intervalo definido pela margem de corrente, eliminando o problema.

LIMITADOR DA ORDEM DE CORRENTE DEPENDENTE DA TENSÃO



O “Voltage Dependent Current Order Limiter” ( VDCOL ) tem como função primordial

proteger os conversores limitando a ordem de corrente quando a tensão no elo é baixa.

Quando a tensão no elo cai a valores entre Vd1 e Vd2 , o VDCOL limita a ordem de

corrente proporcionalmente à tensão contínua diminuindo a absorção de reativos pelo

conversor.

LIMITADOR DA ORDEM DE CORRENTE DEPENDENTE DA TENSÃO



A atuação do VDCOL melhora o desempenho transitório do sistema integrado ca-cc.

Quando a tensão contínua cai abaixo de Vd1, o VDCOL limita a ordem de corrente a um

valor máximo igual a Id1.

Esta atuação tem como finalidade proteger as válvulas das estações conversoras quando

de faltas internas ao elo e o sistema de telecomunicações não estiver operando.

O VDCOL pode ser incluído em ambas as estações conversoras, ou apenas no retificador .

A característica CIA do inversor deve permanecer acima da característica VDCOL do retif.

UNIDADE DE BLOQUEIO E DESBLOQUEIO



No caso de uma drástica redução das tensões ca aplicadas nos conversores, devido a

perturbações nos sistemas ca, o sistema de transmissão em cc poderá deixar de operar

ou, então, operar com um alto consumo de reativo, o que é indesejável.

Nestas duas situações o STCC deve ser retirado de operação.

Há duas formas: - rápido aumento do ângulo de ignição do retificador;

- redução da corrente ordem a zero.

Com o objetivo de se evitar um impacto muito grande no sistema ca, a reinicialização

do STCC é feita a partir de uma certa corrente ordem de religamento (Idr), tendo um

aumento linear segundo uma rampa de inclinação especificada.

O sistema de controle completo pode ser visualizado

como três unidades principais:

- Controle Principal ou Controle de fluxo de potência

- Responsável pela ordem de início e coordenação das ações de controle que

alteram o estado operativo do elo (reversão do fluxo de potência, o paralelismo e

a entrada ou saída de operação dos pólos) e pela coordenação das ações que

determinam e alteram a ordem de potência do elo (controle da frequência,

amortecimento de oscilações dinâmicas das redes ca).

- Controle do Polo ou controlador da corrente para retificadores

ou controlador do ângulo de extinção para inversores

- Responsável pela determinação do erro de corrente contínua, através da

comparação do sinal medido e do fornecido pelo controle principal, bem como da

margem de corrente no caso do inversor

- Controle do conversor

- Responsável pela definição dos instantes de disparo das válvulas das pontes

conversoras, com base no sinal fornecido pelo controle do pólo.

Estas unidades não apenas efetuam o controle do Elo CC mas

também fazem com que o conjunto CC esteja diretamente ligado às

características do sistema CA.

SISTEMA DE CONTROLE COMPLETO

O diagrama em blocos simplificado ilustra o sistema de controle completo

de um Link DC.

As unidades básicas de controle estão assinaladas por áreas tracejadas.


O diagrama em blocos completo de um Link DC


SISTEMA DE PRODUÇÃO DE PULSOS


Sistema com Controle Individual de Pulsos


Sistema com Controle de Pulsos Igualmente Espaçados

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