Recursos Tecnológicos para Transmissão em Corrente Alternada

Seminário “Transmissão de Energia
Elétrica a Longa Distância”
Recife 5 de outubro 2007
P
UA
jX
A
-jXC
UB
B
Recursos Tecnológicos para Transmissão em
Corrente Alternada sobre Longas Distâncias
John Graham
[email protected]
Recursos Tecnológicos para Transmissão em Corrente Alternada
Introdução
1. Considerações Básicas
• SIL
• Transferência de potencia
2. Nível de Tensão
• Mais efetivo
3. Compensação Serie
• Teoria
• Pratica
4. Compensação Shunt Dinâmica
• Teoria
• Pratica
5. Conclusões
Considerações Básicas
Três maneiras para olhar a capacidade de uma linha
• SIL, uma medida da transferência “natural”.
• Ângulo entre V1 e V2
• Estabilidade de tensão ao longa da linha
Considerações Básicas
SIL: uma medida da transferência “natural”
500 kV 900 a 1300 MW
765 kV 2000 a 2700 MW
1000 kV 3600 a 5000 MW
Nota do influencia
quadrado do nível
da tensão!
Mas SIL não disse tudo, pois depende do Q
normalmente compensado pelo reatores.
Também não indica o ângulo elétrico sobre o
comprimento da linha.
Considerações Básicas
Ângulo entre V1 e V2
MW
500 kV 1300
765 kV 2700
1000 kV 5000
Continua a influencia
quadrado do nível da
tensão!
30º
370 km
410 km
380 km
45º
530 km
570 km
540 km
A tabela mostra que acima de 400 a 500 km
é necessário compensação do ângulo elétrico
sobre o comprimento da linha, ou seja da
reatância X da linha.
Considerações Básicas
P
Vamos logo para 70% compensação serie
Ângulo entre V1 e V2 com 70% compensação
MW
500 kV 1300
765 kV 2700
1000 kV 5000
30º
1250 km
1350 km
1300 km
45º
1750 km
1850 km
1800 km
A tabela mostra que mesmo com 70% de
compensarão serie, a transmissão com
potencia alta, de ordem do SIL, é necessário
uma forma de compensação para manter
estabilidade da tensão intermediaria para
linhas 1500 km, lembrando que as
suposições acima estão bastante otimistas.
UA
jX
A
P=
-jXC
UAUB sin(
X-XC
UB
A- B)
B
Considerações Básicas
Estabilidade de tensão ao longa da linha
Injeção de potencia
reativo controlável,
Quando os limites discutidos no slide anterior estão superados, um fornecimento
de reativo no meio da linha é necessário para que o ângulo entre V1 e V2 pode
ser maior sem colapso da tensão e perda de estabilidade eletromecânico. É
essencial que este reativo é controlável, ou seja um SVC.
Com todas estas medidas é possível
carregamentos a longa distancia do mesmo
ordem da SIL.
500 kV 900 a 1300 MW
765 kV 2000 a 2700 MW
1000 kV 3600 a 5000 MW
Nota do influencia
quadrado do nível
da tensão!
Considerações Básicas : Nível da Tensão
VoltageHVAC
Nível da Tensão
Si tensão é tão
bom, por que
estagnou?
1200
1000
800
kV
Depois de muito
desenvolvimento
durante 1950 –
1970, o nível
máxima da tensão
ficou estagnado.
600
kV
400
200
0
1900
1920
1940
1960
1980
2000
ano
765 kV : US, Canada, Venezuela, Brazil, South Africa.
2020
Considerações Básicas : Nível da Tensão
Tensão
Nível da Tensão
HVAC e HVDC
O mercado agora
mudou!
1200
1000
800
kV
Comparação entre
HVAC e HVDC
mostra
comportamento
parecida.
O nível máxima da
tensão ficou
estagnado devido
de razoes do
mercado.
HVAC
600
HVDC
400
200
0
1900
1920
1940
1960
1980
ano
Estamos preparados para 1000 kV ???
2000
2020
Planejamento Chinês para 2015
650 km de
1000 kV
para 2010
Três estações
GIS
State Grid of China
Planejamento na Índia : NE para centro
1000 kV
Dois circuitos em 2011
operados em 400 kV
PowerGrid India
Os principais aproveitamentos na Amazônia
ATLANTIC NORTH
1.800 MW
AMAZONAS (LEFT BANK)
21.000 MW
B. XINGU
26.000 MW
B. TOCANTINS/B. ARAGUAIA
20.000 MW
1900 km
2400 K
M
1300 km
00
21
km
km
22
00
km
km
A. TAPAJÓS/A. XINGU
13.000 MW
16
00
00
B. TAPAJÓS/B. MADEIRA
21.000 MW
22
MADEIRA
18.000 MW
98 000 MW
Transformador em teste : 1550/Q3 kV
Estamos preparando para 1000 kV desde 1970
Teste em Ludvika, 1970
• 1550 kV terminal
– 2500 kV full and chopped wave impulse
test
– 2200 kV switching impulse test
– 1200 kV induced AC voltage to ground
pd test
• 765 kV terminal
– 1800 kV full and chopped wave impulse
test
– 1100 kV switching impulse test
Transformador 1550/Q3 kV usado em testes
O protótipo foi usado para teste de
reatores na fabrica de transformadores
em Ludvika para algumas anos
Depois serviu na estação de teste da
AEP em South Bend, US para oito anos.
1550/V3 kV
765/V3 kV
333 MVA
Monofase
345/V3 kV
Total project time approx. 1970-1983
Buchas para 1000 a 1550/Q3 kV
5 julho 2007
ABB vai fornecer onze 1,100 /Q3 kV kV
buchas para a rede de 1000 kV na norte da
China, a serem usadas em transformadores
e reatores.
GOA/GOE 3500 bushing, 1765/ 3kV
for SF6 connection (1978)
Transformer 1500/ 3kV with
bushing GOA 3000 (1970)
First 800 kV GIS in the World
Technical
Data:
Encapsulation:
Related voltage [kV]:
1-phase
up to 800
Rated power freq.
withstand voltage [kV]:
960
Rated lightning impulse
withstand voltage [kV]:
2100
Rated current [A]:
5000
Rated breaking current [kA]:
The first 800 kV GIS was built for the ALPHA installation in
ESCOM‘s 800 kV system in South Africa and was handed over to
the customer in March 1987.
50
Compensação Serie : Teoria
P
Lembrando o anterior:
Ângulo entre V1 e V2
MW
500 kV 1300
765 kV 2700
1000 kV 5000
30º
370 km
410 km
380 km
UA
45º
530 km
570 km
540 km
Ângulo entre V1 e V2 com 70% compensação
MW
500 kV 1300
765 kV 2700
1000 kV 5000
30º
1250 km
1350 km
1300 km
45º
1750 km
1850 km
1800 km
jX
A
P=
-jXC
UAUB sin(
UB
B
A- B)
X-XC
O efeito da compensação
serie atua diretamente na
indutância da linha,
Compensação Serie : Pratica
Flat Guyed
Compact Cross Rope
FexCom Cross Rope
SIL:
1000 MW
1250 MW
1600 MW
XL
XL %
XL %
0.35 S/km
100 (0%)
120 (?%)
0.29 S/km
83 (17%)
100 (0%)
0.21 S/km
60 (40%)
72 (28%)
Compensação Serie : Pratica
30%vs 0%
27 vs 23%
398 km
251 km
218 km
Tucuruí
30%vs 0%
Açailandia
27%vs 0%
57 km
Imperatriz
Marabá
P. Dutra
Conductor
Series Capacitor
Line reactors
Basic Config
4x Rail
Total 1500 Mvar
2x100+2x180+163 Mvar
Alt. FexCom
5x Tern
1x 370 Mvar
5x 180 Mvar
ANEEL 004/2000 C : Tucuruí - P. Dutra
Layout típico de uma fase de capacitor série
Furnas 765 kV Sistema de Transmissão (Itaipu)
765 kV
Series Capacitor
Ivaiporã
ABB compensação serie para Furnas 765 kV
Compensação Serie pode ser controlável : TCSC
Amortecimento de oscilações
entre áreas na Índia, PGI
TCSCs em três paises:
Raipur, Índia
Amortecimento
Imperatriz, Brasil Amortecimento
Stöde, Suécia
Mitigação SSR
Compensação Serie em Beijing, China
Main data
(Per one series capacitor):
Rated system voltage: 500 kV
Rated current per phase: 2100 A
Rated phase reactance: 28.4 ]
Degree of compensation: 35%
Rated reactive power: 372 Mvar
Rated ZnO varistor energy:
90 MJ/3-phase
Compensação Shunt Dinâmica : Teoria
Injeção de potencia
reativo controlável,
Estabilidade de tensão ao longa da linha
Quando os limites discutidos no slide anterior estão superados, um fornecimento
de reativo no meio da linha é necessário para que o ângulo entre V1 e V2 pode
ser maior sem colapso da tensão e perda de estabilidade eletromecânico. É
essencial que este reativo é controlável, ou seja um SVC.
Lembra que a compensação dinâmica em derivação pode ser aplicada sem uso
da compensação serie, mas o mais econômica geralmente é uma combinação.
Compensação Shunt Dinâmica : Teoria
Compensação Shunt Dinâmica : Teoria
Compensação Shunt Dinâmica : Teoria
Thyristor-controlled vs fixed shunt reactor
Compensação Shunt Dinâmica : Teoria
Compensadores Estáticos
Reator Controlado por Tiristores (TCR)
Reator é controlado pelo ângulo de fase e assim gera harmônicos.
Capacitor Comutado por Tiristores(TSC)
Comutação evita a geração
de harmônicos e assim o
possível necessidade de
filtros.
Reator também pode ser comutado por Tiristores(TSR)
Instalação TCR/TSC
Comparação de perdas, SVC
Power Grid Corporation of India
Kanpur SVCs
Power Grid Corporation of India
Kanpur 2 x -140/+140 Mvar SVCs
Statnett, Sylling, Norway
420 kV, -/+160 Mvar SVC
Statnett, Sylling, Norway
420 kV, -160/+160 Mvar SVC
Recursos Tecnológicos para Transmissão em Corrente Alternada
Conclusões
1. Nível de Tensão
• A maneira mais efetivo de aumentar
o carregamento e uma linha é usar
a tensão mais alta aplacável.
• Sempre adota a tensão mais alta
dentro da realidade do projeto.
2. Compensação Serie
• Uma técnica bastante comprovada
e econômica para aumentar
capacidade de transmissão,
atuando diretamente na indutância
da linha.
3. Compensação Shunt Dinâmica
• Uma técnica muito usado para
aumentar a estabilidade de tensão,
também podendo ser usado para
aumentar transmissão pelo suporte
da tensão ao longo da linha.