Evolução dos três tipos de compensação de potência reativa 52

Controlar o fator de potência no barramento da subestação offshore permite fazer a gestão da corrente ativa e reativa ao longo da linha de transmissão. Tendo em conta que este é o barramento emissor de energia, é também o principal ponto de controlo da potência reativa.

Na subestação onshore, as alterações efetuadas na compensação, apenas afetam o circuito após este ponto, ou seja, as alterações feitas ao fator de potência apenas alteram a potência injetada na rede.

Capítulo 3 – Modelos de sistemas de transmissão AC e compensação de potência reativa

De acordo com o que foi dito anteriormente, existem três formas de fazer a gestão da compensação de potência reativa que flui ao longo da linha, estas serão enumeradas seguidamente:

3.2.2.1. Transmissão de energia ao longo da linha não é compensada (compensação no barramento onshore)

A energia que é gerada no parque eólico offshore apresenta um fator de potência unitário no barramento emissor, em seguida é transmitido pelo cabo submarino até atingir o barramento onshore. Só depois de ser feita a transmissão da energia produzida no parque eólico offshore, e antes de chegar à rede de distribuição, é que acontece a compensação da potência reativa gerada ao longo do cabo subterrâneo. A figura 3.14 apresenta um exemplo de uma linha de transmissão com compensação da potência reativa no barramento onshore. A Cabo Submarino A V V

I

Q

V

I

Q

V

Figura 3.14 Diagrama de um cabo submarino com compensação de potência reativa no barramento onshore.

A potência reativa do tipo capacitiva gerada ao longo da linha de transmissão pode ser estimada usando a equação (3.64).

𝑸

= 𝟑.

|𝑿𝒄| ( 3.64 )

Onde 𝑄𝑐 é a potência reativa do tipo capacitiva trifásica, |𝑉𝑐| é o modulo da tensão aplicada no sistema e _|𝑋𝑐| é a impedância do cabo.

Esta corrente 𝑄𝑐 é a que terá de ser compensada no barramento onshore, pela injeção de corrente reativa do tipo indutiva.

O cabo submarino terá de suportar a corrente reativa gerada ao longo do mesmo, pois esta só será compensada após a linha de transmissão.

3.2.2.2. Transmissão de energia ao longo da linha com compensação da potência reativa nos dois barramentos e com ajuste fixo.

A transmissão de energia ao longo da linha é compensado nas duas extremidades dos barramentos, sem ajuste das bobinas de compensação (compensação fixa nas duas extremidades dos barramentos). A

Capítulo 3 – Modelos de sistemas de transmissão AC e compensação de potência reativa

potência reativa é compensada, injetando potência reativa do tipo indutiva (bobinas) nas duas extremidades dos barramentos da linha de transmissão. Estas bobinas apresentam sempre o mesmo valor, para o mesmo valor de tensão.

A gestão da compensação da potência reativa que flui ao longo do cabo submarino, é feita através da introdução de bobinas indutivas nos barramentos das extremidades dos cabos submarinos. O valor destas bobinas será calculado para compensar a totalidade da potência reativa gerada pelo cabo, quando este está a transmitir potência ativa com valor nominal. A figura 3.15 apresenta um exemplo de uma linha de transmissão com compensação da potência reativa nas duas extremidades dos barramentos.

A V Ir Pr Qr Vr A Cabo Submarino A V Ie Ve A IC_of f IC_on

Figura 3.15: Diagrama de um cabo submarino com compensação reativa nos dois barramentos, com bobinas de valor fixo.

Este tipo de compensação da potência reativa reduz significativamente a diferença de potencial na linha. Da mesma forma, com este tipo de compensação de potência reativa, as perdas de potência ativa são reduzidas.

É preciso ter em conta que a corrente reativa indutiva injetada no barramento offshore absorve 50% da corrente reativa capacitiva gerada ao longo do cabo submarino, sendo a outra metade absorvida pela corrente reativa indutiva injetada no barramento onshore. Estas correntes reativas indutivas absorvem toda a corrente reativa, baixando assim as perdas na condução.

O valor da corrente reativa indutiva injetada nas extremidades do cabo submarino é que anula a potência reativa capacitiva, pode ser estimada de acordo com a equação 3.65.

𝑸𝑳= 𝟑. |𝑰𝑳|𝟐_{. |𝑿𝑳| ( 3.65 )}

𝑰

=

𝒆𝒇 ( 3.66 )

Onde 𝑄𝐿 é a potência reativa indutiva trifásica, |𝐼𝐿| é a corrente que flui através da bobina, |𝑋𝐿| é impedância indutiva, 𝑃 é a potência transmitida pela linha de transmissão e 𝑉𝑒𝑓 é a tensão nominal por fase.

Capítulo 3 – Modelos de sistemas de transmissão AC e compensação de potência reativa

3.2.2.3. Transmissão de energia ao longo da linha com compensação da potência reativa nos dois barramentos e com ajuste dinâmico.

A transmissão de energia ao longo da linha é compensada nas duas extremidades dos barramentos. Porém, as bobinas possuem ajuste de compensação dinâmica nas duas extremidades dos barramentos. Tal como no caso anterior, a gestão da potência reativa é feita pela introdução de duas bobinas nas extremidades dos barramentos da linha de transmissão. No entanto, neste caso o ajuste é dinâmico, ou seja, a corrente reativa indutiva injetada na linha de transmissão, depende da quantidade de potência ativa transmitida pela mesma e é ajustado de forma a obter o mesmo valor de corrente nas duas extremidades dos barramentos da linha de transmissão. Aqui, o ajuste da bobinas depende do valor de tensão que está a ser utilizado, ao contrário do que acontece na situação anterior, em que as bobinas têm o valor fixo necessário para compensar a potência reativa quando esta está a ser transmitida com um valor de tensão nominal.

A figura 3.16 apresenta um exemplo de uma linha de transmissão com compensação da potência reativa nas duas extremidades dos barramentos com ajuste dinâmico.

A V Ir Pr Qr Vr A Cabo Submarino A V Ie Pe Qe Ve A IC_of f

Figura 3.16: Diagrama de um cabo submarino com compensação reativa nos dois barramentos, com bobinas variáveis.

As bobinas com valor fixo (caso anterior) colocadas nas extremidades dos barramentos, estão feitas para fazer a gestão da potência reativa de um modo otimizado, para uma potência ativa nominal. Em casos onde a potência ativa transmitida está perto do valor nominal, os dois tipos de compensação de potência reativa, com ajuste dinâmico e com valor fixo das bobinas, apresentam o resultados do mesmo tipo.

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Capítulo 4 – Estudo teórico de sistemas de transmissão de energia de um parque eólico offshore