Transmissão em Corrente Contínua

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Transmissão em Corrente

Contínua

CONTROLE PARA SISTEMAS

DE TRANSMISSÃO EM CC

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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.

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A equação de regulação pode ser escrita nas formas: d C d d V R I V  ₀.cos



 . V_d V_d₀.cos



 R_C.I_d

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Circuito Equivalente de um Sistema CC em Regime Permanente

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MEIOS BÁSICOS DE CONTROLE



cos . 1 do dr V V  V_di V_do₂.cos



R_d  R_c₁  R_l  R_c₂ 2 1 02 01.cos .cos c l c d d d di dr d R R R V V R V V I      





I_d e V_d em qualquer ponto da linha só podem ser controladas

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MEIOS BÁSICOS DE CONTROLE 2 1 02 01.cos .cos c l c d d d di dr d R R R V V R V V I      





Métodos de controle de V_dr e V_di – 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

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Distúrbios no sistema CA de alimentação ou faltas

nos conversores

- rápida restauração pelo sistema de ignição

LIMITAÇÃO DO CONTROLE MANUAL

d l c d d l c dr d V R R I V R R I V  ( ₁  ₁).  ₀₁.cos



( ₁  ₁). d l c d d l c di d V R R I V R R I V  ( ₂  ₂).  ₀₂.cos



( ₂  ₂).

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Para valores constantes de V

_d01

, V

_d02

, α e



a

representação de V

_d

= f(I

_d

) será uma reta

LIMITAÇÃO DO CONTROLE MANUAL

d l c d d l c dr d V R R I V R R I V  ( ₁  ₁).  ₀₁.cos



( ₁  ₁). d l c d d l c di d V R R I V R R I V  ( ₂  ₂).  ₀₂.cos



( ₂  ₂). d di dr d R V V I  

A corrente I_d é bastante sensível às variações das tensões de alimentação do retificador e do inversor.

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Métodos de controle de potência de um sistema CC

𝑃_𝑑 = 𝑉_𝑑. 𝐼_𝑑

-

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

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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 – I_cc = I_dn - Na prática – I_cc = 2.I_dn

- Falta “circuito aberto” – sobretensões ( raras )

O método da corrente constante é mais

vantajoso

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Considerações – Minimização das Perdas

-

Perdas dependentes da corrente - R.Id

2

- Id constante – perdas constantes para qualquer Pd - Vd constante – perdas variáveis

CORRENTE CONSTANTE x TENSÃO CONSTANTE

-

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

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- 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: α_min =0º; real: α_min 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

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- Considerando um ponto nos terminais do retificador

CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS d c d d V R I V  ₀₁.cos



 ₁. d c l d d V R R I V  ₀₂.cos



(  ₂). Com R_c2 > R_l tem-se: SISTEMA IMPRATICÁVEL

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- 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

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- 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

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- Corrente I_d medida diferente da de referência – regulador

atua no ângulo de ignição do retificador

- Tensão V_d medida diferente da de referência – alteração do

tap do transformador (isto altera  - o CEA atua retornando  ao valor de referência – e altera I_d – o CCC atua retornando I_d ao valor de referência)

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

CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS 2 1 02 01.cos .cos c l c d d d di dr d R R R V V R V V I      





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- 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 f_p – margem para aumento de V_dr





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- Característica acima: o retificador consegue manter I_d

constante para qualquer condição ca

Isto não é possível

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

CIA – Constant Ignition Angle Control





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- 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=α_min (constante) é que determina o ponto de operação

A figura apresenta duas característica para α=α_min e dois valores para a tensão de alimentação do retificador

CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS 2 1 02 01.cos .cos c l c d d d di dr d R R R V V R V V I        

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- No caso da tensão de alimentação do retificador ser muito

reduzida, a característica para α=α_min 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

CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS 2 1 02 01.cos .cos c l c d d d di dr d R R R V V R V V I        

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- 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.

∆𝐼_𝑑= 0,1 𝑎 0,15 . 𝐼_𝑑

- 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

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- 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 V_d = f(I_d).

- O mesmo conversor operando como inversor apresenta a

correspondente característica no quarto quadrante.

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- Característica conversor I

CARACTERÍSTICAS COMBINADAS

(28)

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

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- Conversor I opera como retificador e conversor II como inversor

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

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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.

2 1 02 01.cos .cos c l c d d d di dr d R R R V V R V V I        

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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

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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.

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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 V_d1 e V_d2 , o VDCOL limita a ordem de corrente proporcionalmente à tensão contínua diminuindo a absorção de reativos pelo conversor.

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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 V_d1, o VDCOL limita a ordem de corrente a um valor máximo igual a I_d1.

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 .

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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 (I_dr), tendo um aumento linear segundo uma rampa de inclinação especificada.

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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.

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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.

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O diagrama em blocos completo de um Link DC

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SISTEMA DE PRODUÇÃO DE PULSOS

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