* Rua Quinze de Março, 50, Sala A 205, Torrões – CEP 50761-901, Recife – PE e-mail: alecio@ons.org.br - Telefone: (81) 3227-8941
REPRESENTAÇÃO DETALHADA DE COMPENSADORES ESTÁTICOS (CE) EM ESTUDOS DE REJEIÇÃO DE CARGA – ANÁLISE DE UM CASO REAL ALECIO B.
FERNANDES* SAMUEL NETO ANTONIO ROBERVAL M. DA SILVA ARLINDO L. ARAÚJO JR.
Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS
Brasil
Resumo – A incorporação ao Sistema Interligado Nacional (SIN) da Interligação Sudeste/Nordeste
500kV, em 2003, totalizando 1.062km de extensão, alterou significativamente a topologia da rede na Área Sudoeste da Região Nordeste. Adicionalmente ao ganho em confiabilidade e limites no atendimento às cargas, tal alteração proporcionou ganhos expressivos quanto ao controle de tensão da Área Sudoeste. Neste aspecto em particular, vale destacar a presença de um compensador estático (CE), 500/17,5kV, -250/+250Mvar, na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV. Este CE tem um papel importante não só no controle de tensão da Interligação Sudeste/Nordeste, mas também em casos de rejeição de carga, tendo um papel fundamental no comportamento transitório das sobretensões decorrentes das aberturas de circuitos e conseqüente interrupção do fluxo de potência. Estas sobretensões elevadas se verificam nas subestações (SE) 230kV mais próximas, que compõem um sistema radial em 230kV com aproximadamente 1.100km de extensão, que interliga as SE 500kV Sobradinho e Bom Jesus da Lapa II. Nos estudos de transitórios eletromagnéticos o CE da SE Bom Jesus da Lapa II pode ser representado por um modelo computacional simplificado (transformador + reator ou capacitor) ou por um modelo detalhado no qual se considera os filtros, os reatores controlados a tiristores (TCRs), o banco de capacitores chaveados a tiristores (TSC), e os sistemas de medição e controle, reproduzindo o comportamento transitório deste equipamento. No presente trabalho, faz-se uma análise quanto aos resultados dos estudos de rejeição de carga em função da representação do CE de Bom Jesus da Lapa II. Para tanto, quantificam-se as sobretensões transitórias decorrentes das manobras de abertura de circuitos 500kV na Interligação Sudeste/Nordeste, em condições de máximo fluxo. As diferenças observadas são significativas e denotam a importância de uma representação detalhada do compensador estático. Uma análise detalhada mostra que a modelagem detalhada possibilita ainda otimizar o desempenho do compensador estático, quanto aos ajustes implementados. Corroborando com outros estudos no mesmo sentido, o presente trabalho denota ser fundamental a representação detalhada do compensador estático nos estudos de transitórios eletromagnéticos.
Palavras-Chave: Sistemas de potência, Simulação digital, Transitórios eletromagnéticos, Modelos
computacionais, Compensador estático, Rejeição de carga, Desempenho de equipamentos. 1. INTRODUÇÃO
A incorporação ao Sistema Interligado Nacional (SIN) da Interligação Sudeste/Nordeste, em 2003, composta pelos circuitos 500kV Serra da Mesa – Rio das Éguas – Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara – Sapeaçu, totalizando 1.062km de extensão, alterou significativamente a topologia da rede na Área Sudoeste da Região Nordeste, conforme ilustrado na Fig. 1.
2 Fig. 1. Interligação Sudeste/Nordeste 500kV e Área Sudoeste 230kV. Configuração a partir de 2003. Adicionalmente ao ganho em confiabilidade e limites no atendimento às cargas, tal alteração proporcionou ganhos expressivos quanto ao controle de tensão da Área Sudoeste. Neste aspecto em particular, vale destacar a presença de um compensador estático (CE), 500/17,5kV, -250/+250Mvar, na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV.
O CE de Bom Jesus da Lapa II tem um papel importante não só no controle de tensão da Interligação Sudeste/Nordeste, mas também em casos de rejeição de carga, tendo um papel fundamental no comportamento transitório das sobretensões decorrentes das aberturas de circuitos e conseqüente interrupção do fluxo de potência na Interligação Sudeste/Nordeste. Estas sobretensões elevadas se verificam nas subestações (SE) 230kV mais próximas, que compõem um sistema radial em 230kV com aproximadamente 1.100km de extensão, que interliga as SE 500kV Sobradinho e Bom Jesus da Lapa II (vide Fig. 1).
Nos estudos de transitórios eletromagnéticos, o CE da SE Bom Jesus da Lapa II pode ser representado por um modelo computacional simplificado (transformador + reator ou capacitor) ou por um modelo detalhado no qual se considere a dinâmica para reproduzir o comportamento transitório deste equipamento. Aprimeira opção é factível quando não se dispõe de um modelo detalhado e específico para o equipamento ou quando o foco dos estudos está distante o suficiente de forma a não ser relevante uma representação precisa do CE. Atualmente, se dispõe de um modelo computacional detalhado para o CE da SE Bom Jesus da Lapa II, próprio para uso no programa ATP (Alternative Transients Program) [1], validado junto ao fabricante, no qual se detalham os filtros, os reatores controlados a tiristores (TCRs), o banco de capacitores chaveados a tiristores (TSC), e os sistemas de medição e controle [2].
No presente trabalho, faz-se uma análise quanto aos resultados dos estudos de rejeição de carga, sobretudo as sobretensões, em função da representação do CE de Bom Jesus da Lapa II.
Para tanto, quantificam-se as sobretensões transitórias decorrentes das manobras de abertura de circuitos 500kV na Interligação Sudeste/Nordeste, em condições de máximo fluxo.
As diferenças observadas são significativas e denotam a importância de uma representação detalhada do compensador estático.
Uma análise mais minuciosa mostra que a modelagem detalhada possibilita ainda otimizar o desempenho do compensador estático, pois permite avaliar os ajustes implementados (vigentes) ou propostos, a exemplo do ganho da malha de controle PI (controlador Proporcional Integral) ou mesmo os valores de bloqueio e desbloqueio do compensador estático para subtensões.
De posse de um modelo detalhado para o CE de Bom Jesus da Lapa II, conclui-se ainda que para contingências duplas de linhas de transmissão que resultem na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV conectada apenas com o sistema 230kV da Área Sudoeste do Nordeste, deve-se retirar este equipamento de operação. Corroborando com outros estudos no mesmo sentido [3, 4], o presente trabalho denota ser fundamental a representação detalhada do CE de Bom Jesus da Lapa II.
3 2. PREMISSAS BÁSICAS
2.1 Representação do sistema sob análise
Visando restringir a modelagem do sistema à área de interesse, os sistemas em 500kV são representados por equivalentes nas SE 500kV Sobradinho, Serra da Mesa, Camaçari II, e na SE Catu 230kV.
Os equivalentes (dados de resistências e reatâncias, de sequência zero e positiva, na frequência 60Hz) são obtidos fazendo-se uso do programa ANAFAS (Análise de Faltas Simultâneas), do CEPEL [5].
Para os estudos, representa-se todo o Anel 500/230kV Sobradinho/Bom Jesus da Lapa II (Área Sudoeste do Nordeste – vide Fig. 1), parte da Área Sul do Nordeste, bem como os sistema em 69kV e 138kV entre as SE 230kV Bom Jesus da Lapa e Barreiras.
Em virtude das demandas históricas das SE 230kV Bom Jesus da Lapa e Barreiras, que têm apresentado uma carga mínima de baixo valor e com uma sazonalidade bem definida, faz-se uma análise de forma a adotar um cenário teoricamente “mais conservativo”, optando por não restringir a operação da Interligação Sudeste/Nordeste em função dos patamares de carga nas subestações da Área Sudoeste do Nordeste. Nas demais subestações da Área Sudoeste da Região Nordeste, considera-se uma condição de carga mínima. 2.2 Condições de sistema adotadas nas simulações
• Fluxo máximo na Interligação Sudeste/Nordeste (FSENE ≈ 800MW) e Anel 500/230kV
Sobradinho/Bom Jesus da Lapa II fechado;
• Compensador estático (CE) da SE Bom Jesus da Lapa II disponível e em operação (vide Tabela I),
estando o mais capacitivo (ou menos indutivo) possível. Representação deste equipamento por um modelo detalhado (filtros + TCRs + TSC + sistema de medição e controle);
• Compensador estático (CE) da SE Funil 230kV disponível e em operação (vide Tabela I), estando o
mais capacitivo (ou menos indutivo) possível. Para o CE da SE Funil 230kV, faz-se uma representação simplificada (transformador elevador + elemento concentrado representado por um capacitor, no lado de 13,8kV). Dada a pouca relevância deste equipamento para o foco do presente estudo, esta representação simplificada é factível;
• Condição de carga: Mínima (com base nos dados históricos);
• Inicialmente, energizados e em operação os compensadores síncronos (CS) das SE 230kV Irecê e Bom
Jesus da Lapa (vide Tabela I), estando estes o mais capacitivo (ou menos indutivo) possível.
• Considera-se o Esquema de Controle de Emergência (ECE) ativo na Interligação Sudeste/Nordeste. Este
ECE, implementado na Interligação Sudeste/Nordeste, desenergiza as LT 500kV do trecho Serra da Mesa – Rio das Éguas – Bom Jesus da Lapa, caso haja desligamento por atuação da proteção ou abertura manual (intempestiva) em algum dos terminais das linhas do trecho. De modo análogo, o referido ECE desenergiza as LT 500kV do trecho Bom Jesus da Lapa – Ibicoara – Sapeaçu, por atuação da proteção ou abertura manual.
TABELA I. COMPENSADORES ESTÁTICOS E SÍNCRONOS EM OPERAÇÃO NAS ÁREAS EM ESTUDO.
Subestação (SE) Equipamento Potência Nominal (Mvar)
Bom Jesus da Lapa II 500kV Compensador estático (CE) -250 a +250
Funil 230kV Compensador estático (CE) -100 a +200
Irecê 230kV Compensador síncrono (CS) -15 a +30
Bom Jesus da Lapa 230kV Compensador síncrono (CS) -15 a +30 Camaçari II 230kV Compensador síncrono (CS) 2 x (-105 a +150)
Os compensadores síncronos das SE 230kV Irecê, Bom Jesus da Lapa e Camaçari II são representados por modelos de máquina síncrona (Type-58), disponibilizado pelo programa ATP [1].
2.3 Diretrizes e Critérios
Nas análises que se seguem, têm-se como diretrizes e critérios:
• As tensões pré-manobra devem respeitar os valores convergidos no caso base em regime permanente,
obtidos com o programa ANAREDE [7]. Se possível, são utilizados os limites máximos permissíveis na barra de manobra, contanto que esses não sejam violados nos demais barramentos do sistema [6].
• Nos eventos de rejeição de carga, quando da aplicação de curtos-circuitos, são simulados casos em que
4 tanto, o instante de ocorrência da falta corresponde ao valor máximo ou zero da senóide na frequência fundamental, conforme análise prévia.
• Procede-se uma pesquisa pela pior seqüência de abertura tripolar dos disjuntores, quanto às sobretensões
transitórias decorrentes da manobra. Nestes casos têm-se como foco as sobretensões sobre os equipamentos circunvizinhos e as energias dissipadas pelos pára-raios, em decorrência das aberturas dos circuitos.
• Considera-se: 80ms como sendo o tempo médio para abertura tripolar da linha após a incidência da
falta; e 20ms o tempo médio para a transferência de disparo para o terminal oposto (transfer trip). Nos casos em que se considera falha de disjuntor, a abertura do disjuntor adjacente da mesma subestação se dá em um tempo aproximado de 250ms após o início da falta.
• Para durações inferiores a 10 ciclos da freqüência fundamental, o valor das tensões transitórias não
devem ser superiores ao nível de isolamento dos equipamentos, com uma margem de segurança de 15%.
• Suportabilidade dos equipamentos 230kV: Conforme informações fornecidas pelo agente proprietário
(CHESF), as sobretensões transitórias não devem exceder o valor referência de 1,400pu (262,9kV) por um tempo superior a 10 ciclos, nos barramentos 230kV das SE Bom Jesus da Lapa, Irecê e Barreiras. Especificamente para os transformadores da SE Barreiras 230kV, o limite é 1,500pu (281,7kV), para durações inferiores a 10 ciclos e 1,450pu (272,3kV) para 20 ciclos.
• As sobretensões transitórias nos terminais em aberto das linhas de transmissão não devem superar o
valor de projeto para a definição do seu nível básico de isolamento.
• A energia dissipada, a corrente drenada pelos pára-raios e as sobretensões temporárias durante manobras
não podem ser superiores àquelas informadas pelo agente proprietário/fabricante.
3. MODELO COMPUTACIONAL PARA O CE DA SE BOM JESUS DA LAPA II
É requisito essencial que o modelo de um CE seja específico deste equipamento e capaz de reproduzir com fidelidade o desempenho dos equipamentos e dos eventos transitórios. Modelos genéricos não atendem às exigências dos Procedimentos de Rede [6], nem são capazes de reproduzir adequadamente a resposta deste tipo de equipamento como necessário aos estudos de natureza operacional.
Atualmente, se dispõe de um modelo computacional detalhado para o CE da SE Bom Jesus da Lapa II, próprio para uso no programa ATP (Alternative Transients Program) [1], validado junto ao fabricante. Este modelo representa em detalhes os sistemas de medição e tratamento dos sinais do sistema (filtros), os controladores, as diversas lógicas de bloqueio/desbloqueio, os sistemas de sincronismo e disparo dos reatores controlados a tiristores (TCRs) e banco de capacitores chaveados a tiristores (TSC), além dos elementos de potência, ou seja, transformador, reatores, capacitores, chaves, pára-raios, dentre outros componentes [2]. O CE da SE Bom Jesus da Lapa II é constituído de 02 (dois) TCRs, 01 (um) TSC e 02 (dois) filtros sintonizados para harmônicos de ordem 5 e 7, conforme ilustrado na Fig. 2. Os TCRs e o TSC são conectados em “∆” e os filtros em “Y” não aterrado.
Fig. 2. Configuração do CE da SE Bom Jesus da Lapa II, 500/17,5kV, -250/+250Mvar. Reproduzido a partir da Referência [2].
5 Os TCRs (Thyristor Controled Reactor) representam o meio tecnológico de se obter uma susceptância variável de forma rápida e contínua em termos de frequência fundamental. Com um ângulo de disparo de 90° o reator estará totalmente inserido e com 180° estará totalmente desconectado. O TSC (Thyristor Switched
Capacitor) representa os capacitores em derivação chaveados a tiristores, que fazem uso de recursos de sincronização avançados que garantem manobras de energização com o mínimo de transitórios. Os filtros F1 e F2) são fixos e estão sempre em operação.
A tecnologia de alocação dos elementos TCRs e TSC permite uma operação contínua em toda a faixa operativa do CE nas condições normais ou nos denominados “modos degradados” (casos em que um dos elementos TCRs ou TSC não esteja disponível).
Ilustra-se na Fig. 3 o sistema de controle e bloqueios do CE, com ênfase aos esquemas de bloqueio por sobretensão e subtensão, ao controlador PI (Proporcional Integral), ao controlador de ganho e ao controlador de estabilidade.
Fig. 3. Sistema de Controle e Bloqueios do CE da SE Bom Jesus da Lapa II. Reproduzido a partir da Referência [2].
No modo de controle automático de tensão, o valor de referência para a tensão (voltage setpoint = V__REF) que pode variar na faixa de 0,95pu à 1,05pu em degraus de 5kV. O estatismo pode variar na faixa de 0 a 10% e se baseia na potência reativa do CE. O ganho da malha de controle de tensão é ajustado automaticamente pela unidade denominada Controlador de Ganho (Automatic Gain Adjustment – AGA). Este ajuste é realizado com base na potência de curto circuito do barramento 500kV da SE Bom Jesus da Lapa II. A potência de curto circuito é estimada através de um recurso especial do CE, que possibilita a determinação do ganho considerado ótimo para o regulador.
A partir do valor medido (V__ACT) e do valor de referência (V__REF), o regulador PI determina o valor de potência reativa (B__REG) para a devida correção do erro de controle. O ganho do regulador PI (KP__CE) é definido pelo controlador de ganho e depende também da eventual atuação do Controlador de Estabilidade. O Controlador de Estabilidade reduz o ganho do controlador PI quando da ocorrência de instabilidade associada à interação do controle do CE com o sistema, casos comuns quando ocorre uma súbita redução de potência de curto-circuito no ponto de conexão do CE. Este fenômeno de instabilidade de controle de CE, se manifesta em freqüências acima de 5Hz. Por esta razão o sistema de detecção e redução de ganho é ativado quando se observam oscilações de freqüência superior a 4Hz no sinal de saída do regulador PI. O Controlador de Estabilidade atua reduzindo o ganho em degraus sucessivos de 80% realizados pela variável HEREGA (Fator redução ganho por atuação controlado de estabilidade = 1=> Normal, = 0,8; 0,64, ... =>atuação). Ainda com referência à Fig. 3, a variável C1ONOF representa o sinal de comando do TSC (1=> liga o TSC, = 0=> Desliga) e a variável CONZER o sinal lógico (0=> Normal, 1=> Atuado) do esquema subtensão no lado de alta tensão (HV).
Esta breve descrição do sistema de controle é suficiente para o entendimento dos resultados apresentados neste trabalho.
6 4. ESTUDO DE CASOS: SIMULAÇÕES NO DOMÍNIO DO TEMPO
4.1 Representação do CE de Bom Jesus da Lapa II: Modelo simplificado versus modelo detalhado Em relação à representação do CE da SE Bom Jesus da Lapa II, surgem os seguintes questionamentos: - É relevante representar em detalhes este equipamento?
- Quanto às solicitações transitórias, o uso de um modelo simplificado resulta em distinções significativas? Visando responder a estes questionamentos, simula-se inicialmente a abertura manual, dupla e simultânea das LT Serra da Mesa – Rio das Éguas 500kV, em Serra da Mesa, e da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara 500kV, em Ibicoara, interrompendo o fluxo na Interligação Sudeste/Nordeste (vide Fig. 1). Neste caso em particular, considera-se a indisponibilidade simples do reator 05E1, 200Mvar, 500kV, da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara, no terminal em Ibicoara. Para tanto, parte-se de uma mesma condição em regime permanente nos dois casos em análise.
As sobretensões transitórias (valores instantâneos) na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV são apresentadas na Fig. 4, para dois casos distintos: Na Fig. 4(a) quando o CE é representado por um modelo simplificado (transformador + capacitor concentrado), e na Fig. 4(b) quando o CE é representado pelo modelo detalhado, conforme descrito no item 3 deste trabalho.
(file TSN_DET_SO+SUL_ICA_05E1_531_1a_SMA-ICA.pl4; x-var t) v:BJD50A v:BJD50B v:BJD50C
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 [s] 1.0 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 [kV]
(a) Modelo simplificado do CE de Bom Jesus da Lapa II (transformador + capacitor concentrado).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_ICA_05E1_531_1a_SMA-ICA_modeloCE_BJD.pl4; x-v ar t) v :BJD50A v :BJD50B v :BJD50C 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 [kV]
(b) Modelo detalhado do CE de Bom Jesus da Lapa II (transformador + filtros + TCRs + TSC + sistema
de medição e controle).
Fig. 4. Sobretensões transitórias (valores instantâneos) na SE Bom Jesus Lapa II 500kV quando da abertura manual, dupla e simultânea das LT Serra da Mesa – Rio das Éguas 500kV, em Serra da Mesa, e da LT Bom
Jesus da Lapa II – Ibicoara, em Ibicoara.
Observa-se na Fig. 4 que as diferenças são significativas e a representação do CE da SE Bom Jesus da Lapa II é determinante para os resultados do estudo de rejeição de carga, sendo decisivo para as conclusões. Ao desconsiderar a dinâmica do CE quando de um evento transitório, o modelo simplificado despreza uma função básica deste equipamento que é a rápida resposta e a transição para um modo de operação indutivo (absorvendo potência reativa) que contribui significativamente para a redução das sobretensões transitórias. 4.2 Desempenho do CE de Bom Jesus da Lapa II: Avaliação do ganho
Estando a interligação Sudeste/Nordeste em operação normal, o anel Sobradinho/Bom Jesus da Lapa 230kV fechado e em operação (vide Fig. 1) e todos os reatores 500kV e 230kV disponíveis para a operação, aplica-se um curto-circuito, faaplica-se-terra (no caso, faaplica-se A), nos terminais da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara, em Bom Jesus da Lapa II, no exato instante do valor “zero” de tensão (condição verificada previamente como sendo a mais severa). Simula-se a permanência da falta por cerca de 80,0ms, ocasionando a abertura do disjuntor no terminal em Bom Jesus da Lapa II, com transferência de disparo (transfer trip) para o terminal oposto, em Ibicoara.
Considera-se ainda a atuação do Esquema de Controle de Emergência (ECE) da interligação Sudeste/Nordeste. O referido ECE desenergiza a LT 500kV Ibicoara – Sapeaçu, 20,0ms após a abertura do terminal em Ibicoara da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara.
7 Apresenta-se na Fig. 5 as sobretensões transitórias instantâneas (a) e RMS (b) observadas na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV, quando da rejeição de carga. Na Fig. 5(c) apresenta-se o valor médio das tensões medidas (V__ACT, em p.u.) no barramento 500kV da SE Bom Jesus da Lapa II pelo sistema de controle e na Fig. 5(d) a potência reativa trifásica (Q__CES, em Mvar) fornecida/absorvida. Na Fig. 5(e) apresenta-se o fator de redução do ganho do controlador de estabilidade (HEREGA, em p.u.) e na Fig. 5(f) o sinal do esquema de
subtensão HV (CONZER, em vermelho) e o sinal de comando do TSC (C1ONOF, em verde).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_80ms_321a.pl4; x-v ar t) v :BJD50A v :BJD50B v :BJD50C m:PUP182 m:PUN182 m:PUP150 m:PUN150
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 *103
(a) Sobretensões transitórias na SE Bom Jesus Lapa II 500kV - Valores instantâneos.
Referências: 1,82pu e 1,50pu.
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_80ms_321a.pl4; x-v ar t) t:BJD501 t:BJD502 t:BJD503 m:PU_14 m:PU_12 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0 100 200 300 400 500 *103
(b) Sobretensões transitórias na SE Bom Jesus Lapa II 500kV - Valores RMS.
Referências: 1,40pu e 1,20pu (RMS).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_80ms_321a.pl4; x-v ar t) t:V__ACT
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5
(c) Valor médio das tensões medidas (V__ACT, em p.u.) no barramento 500kV da SE Bom Jesus da
Lapa II pelo sistema de controle.
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_80ms_321a.pl4; x-v ar t) t:Q__CES
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
(d) Potência reativa trifásica (Q__CES, em Mvar) fornecida/absorvida.
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_80ms_321a.pl4; x-v ar t) t:HEREGA
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
(e) Fator de redução do ganho do controlador de estabilidade (HEREGA, em p.u.).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_80ms_321a.pl4; x-v ar t) t:CONZER t:C1ONOF
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
(f) Sinal do esquema de subtensão HV (CONZER,
em vermelho) e sinal de comando do TSC
(C1ONOF, em verde).
Fig. 5. Abertura simples da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara 500kV, em Bom Jesus da Lapa II (sob falta), com transfer trip para Ibicoara e abertura, via ECE, da LT Ibicoara – Sapeaçu 500kV (vide Fig. 1).
8 Dos resultados, observa-se uma oscilação significativa da tensão no barramento 500kV da SE Bom Jesus da Lapa (Figs. 5(a) e (b)) após a abertura da linha de transmissão sob falta. Analisando o desempenho do CE (Figs. 5(c) e (d)), verifica-se que tal oscilação reside na dificuldade deste equipamento em estabelecer um novo ponto de operação, após a rejeição de carga.
De fato, antes de estabilizar em uma condição de absorver potência reativa (indutivo), o CE oscila gerando reativos em uma condição de sobretensão no sistema (Fig. 5(d)). Observando a Fig. 5(f) verifica-se a entrada do TSC por breves instantes logo após a eliminação da falta (lógica de subtensão CONZER), sendo retirado de imediato (vide variável C1ONOF). Esta retirada brusca do TSC conduz a uma nova condição de subtensão, mesmo não havendo mais falta no sistema, e leva a uma variação (∆Q) de 310Mvar em aproximadamente 24ms.
Uma análise da Fig. 5(e) revela que o controlador de estabilidade (variável HEREGA) atuou por 05 vezes seguidas, reduzindo o ganho do controlador PI a um valor de 32,8% do ganho inicial.
Dos resultados, é notória a necessidade de redução do ganho do CE da SE Bom Jesus da Lapa II. Esta conclusão corrobora com as recomendações apresentadas no relatório [3].
No relatório [3] propõe-se uma redução de 60% dos valores atuais da “Tabela de Ganho” do compensador estático (CE) da SE Bom Jesus da Lapa II, visando reduzir a possibilidade da ocorrência de oscilações ao interagir com o sistema elétrico, quando de uma brusca redução da potência de curto-circuito do barramento 500kV da SE Bom Jesus da Lapa II. Ao mesmo tempo, tal medida contribui para reduzir as solicitações sobre os equipamentos do CE, especialmente as válvulas, capacitores e reatores. Este mesmo estudo mostra que a redução do ganho não compromete o tempo de resposta do CE [3]. O relatório [3] ainda sugere implementar novos ajustes para a lógica de subtensão, visando assegurar o bloqueio do CE para defeitos entre Sapeaçu – Serra da Mesa 500kV, reduzindo a possibilidade de bloqueio desnecessário em casos de defeitos em pontos mais afastados, ou em casos de variações oscilatórias de tensão de natureza/origem eletromecânica.
4.3 Desempenho do CE de Bom Jesus da Lapa II quando de aberturas duplas (falha de disjuntor)
Estando a interligação Sudeste/Nordeste em operação normal, o anel Sobradinho/Bom Jesus da Lapa 230kV fechado e em operação e todos os reatores 500kV e 230kV disponíveis para a operação, aplica-se um curto-circuito, fase-terra (no caso, fase A), nos terminais da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara, em Bom Jesus da Lapa II, no exato instante do valor “zero” de tensão (condição previamente verificada como sendo a mais severa). Simula-se, agora, a correta abertura do disjuntor 15L4 (da linha 05L4, vide Fig. 6) e a falha do disjuntor central 15D3 (vide Fig. 6), com a permanência da falta por cerca de 250,0ms. A abertura efetiva do terminal em Bom Jesus da Lapa II se dá com a abertura do disjuntor adjacente 15L1 (da linha 05L1). Com a abertura do disjuntor 15L1, tem-se a abertura da LT Rio das Éguas – Bom Jesus da Lapa II 500kV, no terminal de Bom Jesus da Lapa II. Assim, tem-se a abertura total da Interligação Sudeste/Nordeste e a SE Bom Jesus da Lapa II 500kV permanece em operação, com o CE energizado e conectada ao sistema apenas pela SE Bom Jesus da Lapa 230kV (Área Sudoeste).
9 Apresenta-se na Fig. 7 as sobretensões transitórias instantâneas (a) e RMS (b) observadas na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV. Na Fig. 7(c) apresenta-se o valor médio das tensões medidas (V__ACT, em p.u.) no barramento 500kV da SE Bom Jesus da Lapa II pelo sistema de controle e na Fig. 7(d) a potência reativa trifásica (Q__CES, em Mvar) fornecida/absorvida. Na Fig. 7(e) apresenta-se o fator de redução do ganho do controlador de estabilidade (HEREGA, em p.u.) e na Fig. 7(f) o sinal do esquema de subtensão HV
(CONZER, em vermelho) e o sinal de comando do TSC (C1ONOF, em verde).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_250ms_321b.pl4; x-v ar t) v :BJD50A v :BJD50B v :BJD50C m:PUP182 m:PUN182 m:PUP150 m:PUN150
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 *103
(a) Sobretensões transitórias na SE Bom Jesus Lapa II 500kV - Valores instantâneos.
Referências: 1,82pu e 1,50pu.
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_250ms_321b.pl4; x-v ar t) t:BJD501 t:BJD502 t:BJD503 m:PU_14 m:PU_12 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0 100 200 300 400 500 *103
(b) Sobretensões transitórias na SE Bom Jesus Lapa II 500kV - Valores RMS.
Referências: 1,40pu e 1,20pu (RMS).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_250ms_321b.pl4; x-v ar t) t:V__ACT
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5
(c) Valor médio das tensões medidas (V__ACT, em p.u.) no barramento 500kV da SE Bom Jesus da
Lapa II pelo sistema de controle.
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_250ms_321b.pl4; x-v ar t) t:Q__CES
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 -150 -100 -50 0 50 100 150 200
(d) Potência reativa trifásica (Q__CES, em Mvar) fornecida/absorvida.
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_250ms_321b_f alha15D3.pl4; x-v ar t) t:HEREGA
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
(e) Fator de redução do ganho do controlador de estabilidade (HEREGA, em p.u.).
(f ile TSN_DET_SO+SUL_RejeicaoCarga_TodosReatores_250ms_321b_f alha15D3.pl4; x-v ar t) t:CONZER t:C1ONOF 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 [s] 1,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2
(f) Sinal do esquema de subtensão HV (CONZER,
em vermelho) e sinal de comando do TSC
(C1ONOF, em verde).
Fig. 7. Abertura simples da LT Bom Jesus da Lapa II – Ibicoara 500kV, em Bom Jesus da Lapa II (sob falta), com transfer trip para Ibicoara e falha de disjuntor (vide Figs. 1 e 6).
10 Mais uma vez, observa-se uma oscilação significativa da tensão no barramento 500kV da SE Bom Jesus da Lapa (Figs. 7(a) e (b)). Tal oscilação reside na dificuldade do CE em estabelecer um novo ponto de operação. Da Fig. 7(f) verifica-se a entrada do TSC por breves instantes logo após a eliminação da falta (lógica de subtensão CONZER), sendo retirado de imediato (vide variável C1ONOF). Esta retirada brusca do TSC conduz a uma nova condição de subtensão, mesmo não havendo mais falta no sistema.
A Fig. 7(e) revela que o controlador de estabilidade (variável HEREGA) atuou por 04 vezes seguidas visando reduzir o ganho do controlador PI a uma valor de 41,0% do ganho inicial.
Conclui-se que para contingências duplas de linhas de transmissão que resultem na SE Bom Jesus da Lapa II 500kV conectada apenas com o sistema 230kV da Área Sudoeste, a ocorrência de instabilidade do controle se mostra severa, exigindo várias atuações do controlador até a eliminação das oscilações. Tais oscilações ocorrem mesmo com a redução do ganho para 60% do valor atual [3]. Nestes casos, deve-se retirar o CE de operação.
5. CONCLUSÕES
Dos resultados aqui apresentados, é notório que a representação do CE da SE Bom Jesus da Lapa II é determinante para os resultados dos estudos de rejeição de carga, sendo decisivo para as conclusões.
Além de uma correta reprodução do desempenho do CE frente aos eventos transitórios, um modelo detalhado e específico possibilita verificar os ajustes proposto e/ou implementados para o sistema de controle. De posse de um modelo detalhado pode-se verificar dificuldades deste equipamento em estabelecer um novo ponto de operação, sobretudo após rejeições de carga, quando a topologia da rede sofre alterações significativas.
Ao se otimizar os parâmetros e ajustes do sistema de controle, tem-se uma redução nas solicitações transitórias sobre os equipamentos do CE, especialmente as válvulas, capacitores e reatores, e assim, um ganho em termos de vida útil do equipamento.
Corroborando com outros estudos no mesmo sentido, o presente trabalho denota ser fundamental a representação detalhada do compensador estático nos estudos de transitórios eletromagnéticos.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS
[1] Leuven EMTP Center, ATP - Alternative Transient Program - Rule Book, Herverlee, Belgium, July 1987.
[2] ANDESA Consultoria em Sistemas de Energia Elétrica, “Modelagem do CE Bom Jesus da Lapa para Simulação de Transitórios Eletromagnéticos com o ATP”, Relatório ANDESA - RT-05-05-06, Versão 02, Novembro de 2006.
[3] ANDESA Consultoria em Sistemas de Energia Elétrica, “Estudos pra Avaliação do Ganho do Controle do CE Bom Jesus da Lapa II”, Relatório ANDESA - RT-01-10.07 – Versão 02, Novembro de 2007. [4] ONS - Operador Nacional do Sistema Elétrico, “Estudo de Transitórios Eletromagnéticos: Rejeição de
Carga e Manobras de Fechamento na Interligação Sudeste/Nordeste”, RE ONS 3/102/2007, Recife, PE, 2007.
[5] Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL, ANAFAS – Programa de Análise de Faltas
Simultâneas, Versão 4.5. Rio de Janeiro, Brasil, Junho de 2008.
[6] Operador Nacional do Sistema Elétrico – ONS, Módulo 23: Critérios para Estudos – Submódulo 23.3:
Diretrizes e Critérios para Estudos Elétricos – Revisão 02. Rio de Janeiro, Brasil, Setembro de 2007. [7] Centro de Pesquisas de Energia Elétrica – CEPEL, ANAREDE – Programa de Análise de Redes,
