ANÁLISE DE CONVERSORES CMM EM PONTE

Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática
Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
ANÁLISE DE CONVERSORES CMM EM PONTE SEMICOMPLETA FRENTE A CURTOSCIRCUITOS NA LINHA CC
JOSE R. LEBRE, EDSON H. WATANABE
Laboratório de Eletrônica de Potência, COPPE, Universidade Federal do Rio de Janeiro
Ilha do Fundão,CEP: 21945-970, Caixa Postal:68515, Rio de Janeiro – RJ
E-mails: [email protected], [email protected]
Abstract Short-circuit on the DC line is the major deficiency of voltage sourced converters based high voltage direct current
(HVDC) system. This paper describes a model of a MMC converter with chopper cells and semi-fullbridge cells and compares its
performance when submitted to faults in DC line of a HVDC transmission system. The semi-fullbridge cell adopted needs three
semiconductors switches instead of four and solves the redundancy problem from the operations modes of the fullbridge topology. This study is motivated by the actual tendency for investments in very high power multi-terminal HVDC transmission systems which demands robustness against short-circuits. Furthermore, for these multi-terminal systems, there is a demand for a
good coordination between the elements of the protection system.
Keywords HVDC, MMC, Multilevel converters, DC faults.
Resumo O curto-circuito na linha c.c é a principal deficiência de sistemas CCAT (Corrente Contínua em Alta Tensão) baseados em conversores fonte de tensão (VSC). Este trabalho descreve um modelo de conversor CMM com submódulos em meia
ponte e ponte semicompleta e compara o desempenho dessas topologias frente a curtos-circuitos no lado c.c de um sistema de
transmissão em corrente contínua. O submódulo em ponte semicompleta adotado usa três chaves semicondutoras ao invés de
quatro e resolve o problema da redundância de modos de operação da topologia em ponte completa. Esse estudo é motivado pela
tendência atual por investimentos em sistemas de transmissão multiterminal em corrente contínua de alta potência que demandam
grande robustez contra curtos-circuitos. Além disso, para sistemas multiterminais em corrente contínua existe a demanda por uma
coordenação da proteção entre os diferentes pontos de conexão.
Palavras-chave CCAT, CMM, Conversores multinível, Curto-circuito CC.
rede, como STATCOMs e filtros ativos. A partir
dessa topologia, é possível controlar três níveis na
saída (estado positivo, negativo e zero). Porém, para
aplicação no CMM, somente o estado positivo e o
zero são demandados em regime permanente. Por
isso, considera-se que alguns estados de operação do
submódulo em ponte completa são redundantes,
podendo ser eliminado o uso de uma das chaves,
reduzindo a quantidade de componentes necessários
para a realização do conversor.
Sistemas comerciais de CMMs com submódulos
em meia ponte (Gemmell, 2008) podem utilizar um
tiristor ultrarrápido através do qual ao corrente de
curto é desviada até que a proteção c.a atue.
Em (Li, 2013) é proposto um método de supressão de defeitos no lado c.c com o uso de chaves bidirecionais baseadas em tiristores ultrarrápidos. Essa
técnica fecha um curto-circuito entre os braços do
conversor impedindo o sistema c.a de alimentar o
curto no lado c.c, que decai até que o sistema possa
ser novamente energizado. Em (Soto, 2010) e (Marquardt, 2010), a capacidade do conversor baseado em
submódulos em ponte completa é abordada.
No presente trabalho é apresentada a estrutura
básica do conversor CMM usado no estudo, diferenciando a topologia típica em Meia Ponte da nova
topologia proposta em Ponte Semicompleta. São
apresentados também, o sistema de controle e as
lógicas de operação adotadas para analisar o comportamento do CMM, tanto no desligamento como no
religamento, quando o sistema CCAT é sujeito a um
curto-circuito do lado c.c, mostrando as vantagens da
topologia proposta.
1 Introdução
Para construção de sistemas CCAT (Corrente
Contínua em Alta Tensão), existem várias topologias
de conversores que transformam energia em corrente
alternada para corrente contínua. Dentre eles, existem
os chamados conversores do tipo fonte de corrente,
como o LCC1 (Line Commutated Converter), e os do
tipo fonte de tensão, como o Voltage Source Converter1 (VSC). Nos últimos anos ganhou força o Conversor Modular Multinível (CMM) (Marquadt,
2003), que possui vantagens quanto à robustez, confiabilidade e capacidade de transmissão de potência
quando comparado aos VSC convencionais de dois e
três níveis. Com relação aos conversores fonte de
corrente, uma das principais desvantagens dos conversores fonte de tensão é a baixa robustez contra
curtos-circuitos na linha c.c (Kim, 2009), uma das
razões pelas quais o LCC ainda é o mais utilizado
para sistemas de transmissão CCAT usando linha
aérea. O CMM típico é constituído de submódulos
em meia ponte e, assim como o VSC de dois e três
níveis, depende de disjuntores c.a para bloquear a
corrente em caso de curto-circuito na linha c.c, o que
força a corrente de curto a passar pelo conversor, até
que a proteção do lado c.a atue.
Entretanto, forçando a corrente a passar através
dos capacitores de um CMM, é possível melhorar o
desempenho de sistemas CCAT contra curtoscircuitos no lado c.c. Para tanto, podem-se usar submódulos em ponte completa. Esta topologia de submódulo foi apresentada em (Peng, 1995), para aplicação em conversores ligados em derivação com a
2454
1
As siglas para conversores comutados pela linha e para conversores fonte de tensão são mais usadas em inglês (LCC e VSC).
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em estado de by-pass. Se S1 e S2 estiverem desligadas em todos os submódulos, ainda assim o conversor pode atuar como um retificador, pela operação
dos diodos enquanto a rede c.a não for desconectada.
A Tabela 2 mostra os modos de operação de um
submódulo em ponte semicompleta para operação
em um CMM. Em regime permanente, o submódulo
trabalha de forma semelhante à meia ponte, com S4
ligada durante toda a operação e D3 fica ocioso.
2 Topologia e Operação do CMM
A Figura 1(a) apresenta a estrutura básica do
CMM. Cada braço é formado por um número igual
de submódulos em série com uma indutância, que na
literatura é chamada de indutor buffer (Hagirawa,
2008), que serve para evitar altos di/dt nos instantes
de chaveamento. Cada submódulo contém um conjunto de chaves e um capacitor c.c. O conversor
CMM típico é composto por submódulos como os da
Figura 1(b), em meia ponte. Na Figura 1(c) é apresentada a configuração em ponte semicompleta, que
é o circuito utilizado neste trabalho.
A soma da tensão dos capacitores no modo conectado de uma perna deve ser igual à tensão da
linha c.c. Logo, para a realização do controle, é necessário que em cada instante, metade dos submódulos de cada perna esteja no modo conectado.
Capacitor conectado
Capacitor desconectado
S1
S2
VT1 – VT2
(V)
1
0
0
1
Vc
0
Tabela 2. Modos não redundantes de operação do CMM em ponte
semicompleta.
S1
S2
S4
VT1 – VT2
(V)
1
0
0
1
1
1
Vc
0
Perna
Braço
v cc
Tabela 1 Modos de operação do CMM em meia ponte.
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM 3
SM 3
SM 3
SM 4
SM 4
SM 4
a
b
SM 1
SM 1
SM 1
SM 2
SM 2
SM 2
SM 3
SM 3
SM 3
SM 4
SM 4
SM 4
Capacitor conectado
Capacitor desconectado
3 Comportamento dos Conversores CMM Frente
a Curtos-Circuitos CC
No momento que ocorre um defeito na linha c.c,
a primeira ação de proteção é desligar as chaves
semicondutoras dos conversores, de tal modo a protegê-las. Porém, como pode ser visto na Figura 2,
durante um curto-circuito na linha c.c, o CMM atua
como um retificador, alimentando o curto-circuito
indefinidamente até que a proteção c.a atue, ou até
que algum diodo de potência seja destruído, abrindo
forçadamente o circuito. Além disso, as tensões nos
capacitores são mantidas nos valores em que estavam
no instante anterior ao desligamento das chaves.
Submódulo
c
(a)
S1
D1
T1
S1
C
S2
D2
D1
T1
S2
CA
D3
T2
C
D2
S4
D4
T2
(b)
(c)
Figura 1 (a) Diagrama do circuito do CMM com 4. (b) submódulo
em Meia Ponte; (c) submódulo em Ponte Semicompleta.
A Tabela 1 mostra os modos de operação de um
submódulo em meia ponte. Quando S1 está ligada, o
capacitor do submódulo correspondente está conectado, seja carregando através de D1, ou descarregando através de S1. Com S2 ligada, o submódulo fica
Figura 2 Exemplo de caminho da corrente para CMM atuando
como retificador durante um curto-circuito na linha c.c.
2455
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Conversores com submódulos em ponte semicompleta têm comportamento diferente quando submetidos a um curto-circuito na linha c.c. Não há
necessidade de atuação do sistema de proteção c.a. O
comportamento do CMM frente a um curto-circuito
c.c pode ser dividido em três estágios: antes da detecção do curto; decaimento da corrente após o desligamento das chaves; bloqueio após a desenergização
das indutâncias dos braços.
Do instante do curto-circuito até a sua detecção
o CMM opera como se não houvesse curto, porém
com a corrente crescente.
A partir da detecção do curto-circuito, as chaves
são cortadas. Após o corte das chaves, as correntes
nos braços conservam o sentido devido à inércia de
corrente dos indutores de buffer. Logo, os pares de
diodos D2/D3 e D1/D4 conduzem, como mostrado
na Figura 3, até que a energia presente nos indutores
dos braços decaia a zero. Com isso, todos os capacitores sofrem uma variação de tensão, que depende do
nível de corrente no braço no instante de desligamento das chaves. No entanto, como a corrente nos braços pouco ultrapassa a corrente nominal até o bloqueio, esta variação é pequena (poucos por cento da
tensão nominal do capacitor). Devido ao sentido da
corrente de curto-circuito, na maioria dos casos, a
corrente será positiva no sentido de baixo para cima
da Figura 3 no momento em que as chaves são desabilitadas.
Após o decaimento das correntes nos braços, a
nova configuração do circuito impede que haja fluxo
de cargas do lado c.a do sistema para a linha c.c. A
Figura 4(a) e a Figura 4(b) mostram a configuração
equivalente de duas partes do sistema após o desligamento das chaves, onde Vbraço é a soma de todas as
tensões dos capacitores em um braço. Além disso, a
tensão nominal do elo c.c é igual à Vbraço, pois é
controlada com metade dos submódulos de cada
perna do conversor. Isso mostra que, após o desligamento das chaves, existe uma tensão duas vezes
maior que a tensão nominal do elo c.c entre os terminais de linha c.a e o curto-circuito. Porém, como a
tensão do elo usualmente é projetada para ter um
valor próximo do valor de pico da tensão de linha
c.a, o curto-circuito fica totalmente isolado.
CA
i+a
i-a
a
Vcb
Vbraço
Vab
Vbraço
b
i-c
Vbraço
(a)
(b)
Figura 4 (a) Limitação do fluxo de cargas entre um braço superior
e um inferior. (b) Limitação do fluxo de cargas entre dois braços
inferiores.
4 Resultados de Simulação
4.1 Configuração do Sistema
Para demonstrar a diferença do uso das duas topologias de submódulos foram feitas simulações no
Simulink - Matlab de um sistema de transmissão
CCAT ponto a ponto simétrico. O sistema consiste
em duas barras c.a que estão interconectadas por uma
linha c.c através de transformadores em delta-estrela
e de conversores CMM, como na Figura 5. Estes são
compostos por 4 submódulos de 10 kV em cada
braço, o que resulta em 40 kV de tensão na linha c.c,
supondo que não há submódulos reservas. A Tabela
3 resume os dados do sistema simulado.
vdq1, idq1, p1 ,q1
T1
Sistema
1
CMM 1
+
A
B
C
-
icc2
icc1
Cabo
Vcc
Cabo
B1
CMM 2 vdq2, idq2, p2 ,q2
+
A
T2
Sistema
B
2
C
B2
Figura 5 Sistema CCAT ponto a ponto.
Tabela 3 Parâmetros do sistema simulado.
Tensão c.c nominal
Potência nominal
Corrente c.c nominal
Submódulos por braço
Tensão nominal dos capacitors
Capacitância por Submódulo
Indutância por braço
Tensão c.a nominal
SCR do sistema c.a
Reatância do sistema c.a
Relação de transformação
Frequência nominal
Frequência do PWM do CMM
Impedância de acoplamento c.a
Constante de inércia do CMM
Resistência da linha c.c
Indutância da linha c.c
Capacitância da linha c.c
Comprimento da linha
i+c
i+b
i-b
Vbraço
c
Figura 3 CMM em ponte semicompleta sem chave redundante.
Durante o processo de extinção do curto-circuito, as correntes
atravessam os capacitores sempre de modo a carregá-los.
2456
40 kV
25 MW
625 A
4
10 kV
4700 µF
3 mH
230 kV
5,66
51,92 Ω
10:1
60 Hz
2 kHz
0,01 + j0,15 pu
225,6 ms
0,0398 Ω/km
0,00104 H/km
0,0113 µF/km
50 km
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4.2 Controle do CMM
vd1
Para controlar a tensão na linha c.c e o fluxo de
potência do sistema foi utilizado um controle desacoplado baseado em (Haileselassie, 2008), com dois
laços de realimentação, um para correntes de referência e outro para as tensões de referência nos eixos
estacionários que fornecem o sinal de controle para a
modulação. A convenção de sentido de corrente
considera positiva a corrente que sai do conversor.
Para otimizar a resposta, foram inseridos incrementos
na referência de sinal baseado no controle descrito
em (Guan, 2011). A partir da transformada de Park
com potência constante, tem-se que:
Vcc*
PI2
3/2
P2*
3/2
(c)
PI4
Q2*
3/2
(5)
(d)
onde
corresponde a corrente de referência do
conversor que controla o fluxo de potência e
éa
corrente de referência do conversor que controla a
tensão no elo. A equação (4) é acrescentada em (5)
para acelerar o controle de tensão na linha c.c. Para a
corrente de referência do eixo em quadratura
, a
diferença entre os dois conversores é a potência reativa de referência desejada em cada barra CA:
(7)
(8)
A Figura 6 apresenta o diagrama de blocos do
sistema de controle. Os comandos “Reset” atuam no
momento de religar o sistema, pois o mesmo ficaria
com o controle saturado se mantivesse o sinal acumulado desde o curto-circuito. As variáveis vd1, vq1,
id1, iq1, q1, vd2, vq2, id2, iq2 p2 e q2 são medidas nas
barras B1 e B2, respectivamente (Figura 5). A tensão
c.c vcc é medida nos terminais do CMM 1. O conversor CMM 1 é o responsável pelo controle da tensão
na linha c.c e pela potência reativa na barra do Sistema 1. Enquanto isso, o conversor CMM 2 é responsável pelo controle do fluxo de potência transmitido
pela linha e pela potência reativa do Sistema 2. Com
isso a potência real na barra do Sistema 1 é igual à
potência na barra do Sistema 2 somadas as perdas na
linha c.c. A Tabela 4 mostra os ganhos adotados na
simulação. Todos os valores estão em pu.
Tabela 4 Ganhos utilizados na simulação.
Kp5
0,2
Ki5
2
Kp6
0,2
Ki6
2
Kp7
0,2
Ki7
2
vd2
PI7
vd2*
id2
R
iq2
iq2*
L
vq2
PI8
vq2*
Reset
iq2
R
id2
L
As tensões de referência são enviadas para um
sistema de modulação do tipo PDPWM (phase disposition pulse width modulation) (Carrara, 1992),
com 2 kHz de frequência de chaveamento. Este método é usado devido ao pequeno número de submódulos no estudo. Com o uso de mais submódulos os
métodos de modulação tendem a ter menos chaveamentos por ciclo, proporcionando consideravelmente
menos perdas (Qingrui, 2011).
Para balanceamento da tensão nos capacitores de
cada conversor foi utilizada a lógica de que cada
capacitor deve conduzir nos dois sentidos de corrente
o mesmo intervalo de tempo. Logo, a cada mudança
de nível na saída do controle de modulação, os submódulos são acionados de acordo com o valor de
tensão instantânea e o sentido da corrente no braço
em que o submódulo está inserido.
Em regime permanente, as tensões de linha na
saída c.a do conversor são conforme mostrado na
Figura 7(a), com nove níveis. A corrente c.a, com
baixo conteúdo harmônico é obtida conforme mostrado na Figura 7(b). As tensões e as correntes nos
capacitores em regime permanente são conforme
mostrado nas Figura 7(c) e Figura 7(d). As correntes
possuem valor médio diferente de zero devido a
componente c.c da corrente que circula entre os conversores.
As tensões de referência são obtidas da seguinte
forma:
Kp4
0,2
Ki4
2
R
L
Reset
Reset
2/(3*vd2)
vq1*
Figura 6 Diagrama dos blocos dos controladores da (a) tensão c.c;
(b) potência reativa no CMM 1; (c) potência real no CMM 2; (d)
potência reativa no CMM 2.
(6)
.
PI6
id2*
, para cada
q2
vq1
iq1
Reset
2/(3*vd2)
L
Reset
id1
PI3
vd1*
R
iq1*
Reset
2/(3*vd1)
p2
(4)
Kp3
0,5
Ki3
5
id1
iq1
(b)
(3)
Kp2
0.2
Ki2
2
id2*
q1
Q1*
PI5
Reset
(a)
(2)
Kp1
10
Ki1
10
Reset
vcc
(1)
A corrente de referência do eixo direto
conversor é calculada por:
id1*
PI1
4.3 Resposta do CMM em Meia Ponte
Kp8
0,2
Ki8
2
Para a simulação, os capacitores começam carregados, de tal modo que um transitório inicial ocorre
devido à energização inicial da linha. Uma rampa de
potência é dada até que o sistema se aproxime do
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regime permanente e então, no instante t = 1 s, ocorre
um curto-circuito de baixa impedância (1 Ω) entre os
dois polos da linha de transmissão c.c no extremo
próximo ao conversor que controla o fluxo de potência. Então, quando a corrente na linha c.c atinge 1,6
vezes a corrente nominal em algum dos extremos,
considera-se que há um curto na linha. Então é iniciado o processo de proteção e religamento. A primeira
ação é desligar todas as chaves dos conversores para
evitar que a corrente de curto passe pelos IGBTs.
pelo solo (MRTB - Metalic Return Transfer Breaker)
que força a extinção do curto-circuito mais rapidamente (Hara, 2001). Após a extinção do curtocircuito, se espera mais 200 ms de tempo morto (Sunabe, 2000) para desenergização da linha e então é
enviado o comando para o disjuntor religar, ao qual é
dado mais 20 ms de atraso. Neste instante é dado o
comando para religar os conversores.
A Figura 8 mostra as correntes c.c medidas no
ponto de conexão dos conversores com a linha. A
partir do instante em que se dá o defeito, os sistemas
c.a de ambos os lados da linha fornecem energia,
sendo o CMM 2 o que sofre o maior efeito por se
encontrar mais próximo ao curto-circuito. Até o
momento em que a proteção c.a atua, os diodos de
potência devem suportar a corrente de curto cerca de
10 vezes maior que a nominal. A corrente proveniente do CMM 1 demora mais a decair após a abertura
da proteção c.a devido a maior impedância vista do
defeito. A Figura 9 mostra a tensão na linha c.c medida no conversor CMM 1. Durante o tempo de espera para a atuação da proteção c.a, a tensão oscilou na
frequência da linha com valores abaixo da tensão
nominal. No momento do religamento, ocorre uma
breve sobretensão na linha devido ao carregamento
da mesma. A Figura 10 compara a potência real das
barras c.a, que flui do Sistema 1 para o Sistema 2.
Como após a identificação do defeito o controle dos
conversores é desligado, o fluxo de potência no conversor CMM 2 se inverte para alimentar o defeito.
No instante de religamento percebe-se um transitório
diferente do registrado no início da simulação. Isso
ocorre devido ao esforço do controle para regular a
tensão dos capacitores de volta para o patamar préfalha, pois, como é mostrado na Figura 11, as tensões
nos capacitores são mantidas no patamar em que
estavam no momento em que o controle desativou e
bloqueou as chaves.
Tensões na saída do conversor CMM 1
Tensão (kV)
50
0
-50
2.9
(a)
2.92
2.94
2.96
2.98
Tempo (s)
Correntes na saída do conversor CMM 1
3
Corrente (A)
1000
0
-1000
2.9
(b)
2.92
2.94
2.96
2.98
Tempo (s)
Tensões nos capacitores dos submódulos
3
Tensão (kV)
10.5
10
9.5
2.9
(c)
2.92
2.94
2.96
2.98
Tempo (s)
Correntes nos capacitores dos submódulos
3
6000
Icc 1
500
0
2000
0
-500
-2000
-1000
2.9
(d)
Icc 2
4000
Corrente (A)
Corrente (A)
1000
2.92
2.94
2.96
Tempo (s)
2.98
0
0.5
1
3
1.5
Tempo (s)
2
2.5
3
Figura 8 Correntes c.c na saída dos conversores em meia ponte.
Figura 7 (a) Tensões na saída c.a do CMM 1 em regime permanente. (b) Correntes na saída c.a do CMM 1. (c) Tensão nos capacitores. (d) Corrente que atravessa os capacitores de um braço superior
do conversor que controla a tensão.
Tensão (kV)
60
Segue-se que, após o curto-circuito, a proteção
c.a demora 150 ms para atuar (ONS, 2001), abrindo
o circuito e permitindo a desenergização da linha c.c.
No momento em que a corrente chega ao patamar de
5 A, é considerada a extinção do curto-circuito. Então, uma chave é acionada para conectar os polos em
cada extremidade através de uma resistência, o que
termina de descarregar a linha c.c. Para sistemas
bipolares é possível o uso do disjuntor de retorno
40
20
0
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
Figura 9 Tensão na c.c medida junto ao CMM 1.
2458
3
Anais do XX Congresso Brasileiro de Automática
Belo Horizonte, MG, 20 a 24 de Setembro de 2014
1500
1000
50
Corrente (A)
Potência (MW)
100
0
-50
P1
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
Icc 1
0
Icc 2
-500
-1000
P2
-100
500
-1500
3
Figura 10 Potência real nas barras c.a.
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
3
Figura 12 Correntes c.c dos conversores em ponte semicompleta.
1.05
1500
Corrente (A)
Tensão (pu)
1000
1
500
Icc 1
0
Icc 2
-500
-1000
0.95
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
-1500
0.999
3
Figura 11 Tensão nos capacitores.
1
1.001
1.002
Tempo (s)
1.003
1.004
Figura 13 Detalhe das correntes c.c no momento do defeito.
4.4 Resposta do CMM em Ponte Semicompleta
Tensão (kV)
50
Com o uso do CMM provido de submódulos em
ponte semicompleta, a corrente c.c proveniente do
sistema c.a é bloqueada quase que instantaneamente
após o curto-circuito. Então, em menos de 2 ms a
corrente presente na linha é descarregada, como pode
ser visto na Figura 12, e, com mais detalhe, na Figura
13. No momento em que o curto-circuito é considerado extinto, aciona-se uma chave que conecta os
polos do sistema através de uma resistência nas duas
extremidades para terminar de descarregar a linha.
Com efeito, não há necessidade de atuação do sistema de proteção c.a. A Figura 14 mostra a tensão na
linha c.c que, no momento do desligamento dos conversores, sofre um transitório para aproximadamente
-1 p.u. Este ocorre devido à inércia de corrente dos
indutores dos braços do conversor, que conectam os
capacitores invertidos no circuito. No detalhe, a Figura 15 mostra o comportamento da tensão durante o
transitório. A Figura 16 e a Figura 17 mostram as
correntes nos diodos D2 e D3 de um submódulo.
Essa corrente de decaimento dos diodos passa pelos
capacitores, provocando um pequeno carregamento.
O transitório de religamento é mostrado na Figura
18, que mostra a potência real nas barras c.a. Dessa
vez, como o defeito é sanado rapidamente, não ocorrem sobrecorrentes no lado c.a nem reversão de fluxo
de potência do CMM 2. A Figura 19 mostra as tensões nos capacitores de um braço do conversor CMM
1. O transitório de desligamento foi de baixa potência
e não fez a tensão ultrapassar o pico do ripple.
Enquanto a ponte semicompleta demora poucos
milissegundos para eliminar o defeito, o sistema em
meia ponte demanda o tempo do sistema de proteção
c.a, tanto para desligar como para ligar. Além disso,
o decaimento da corrente de curto-circuito começa
num patamar mais elevado, fazendo o tempo de religamento ser maior.
0
-50
-100
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
3
Figura 14 Tensão no elo c.c medida nos terminais do conversor
CMM 1.
Tensão (kV)
100
50
0
-50
-100
0.999
1
1.001
1.002
Tempo (s)
1.003
1.004
Figura 15 No detalhe, o comportamento transitório da tensão
medida no CMM 1 durante o descarregamento da linha c.c após o
curto-circuito.
Corrente (A)
1500
1000
500
0
-500
0.999
1
1.001
1.002
Tempo (s)
1.003
1.004
Figura 16 No detalhe, a corrente em D2 durante o transitório de
desligamento em um dos submódulos do CMM 1.
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dado pode ser a solução para futuros sistemas de
transmissão em c.c multiterminais que também poderão ser construídos com linhas aéreas no lugar de
cabos blindados.
Corrente (A)
1500
1000
500
0
Agradecimentos
-500
0.999
1
1.001
1.002
Tempo (s)
1.003
1.004
O primeiro autor agradece a Capes pela bolsa
de mestrado. O segundo autor foi apoiado pelo
CNPq (Proc. 305114/2009-3) e pela FAPERJ (E26/ 102.974/2011).
Figura 17 No detalhe, a corrente em D3 durante o transitório de
desligamento em um dos submódulos do CMM 1.
Potência (MW)
50
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0
P1
P2
-25
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
3
Figura 18 Potências reais em cada barra c.a.
Tensão (kV)
1.05
1
0.95
0
0.5
1
1.5
Tempo (s)
2
2.5
3
Figura 19 Tensão nos capacitores.
5 Conclusões
Os resultados obtidos nas simulações mostram
como a topologia em ponte semicompleta bloqueia
curtos-circuitos na linha c.c de forma praticamente
instantânea, ao passo que o sistema em meia ponte
demanda a operação do sistema de proteção c.a, além
de outros dispositivos, como tiristores ultrarrápidos e
disjuntores MRTB. Também por sua operação rápida, o sistema em ponte semicompleta evita o alto
crescimento da corrente de curto-circuito que ocorre
até a proteção c.a atuar no caso do sistema em meia
ponte. Com isso, a recuperação do sistema em ponte
semicompleta praticamente só depende do tempo
estimado de deionização da linha após a eliminação
do defeito, que no caso foi assumido como 200 ms.
Considerando a eliminação da redundância de
uma chave em relação à ponte completa, a topologia
adotada tem o incremento de dois diodos e apenas
uma chave potência em relação ao sistema em meia
ponte. Entretanto, dispensa-se o uso de outros dispositivos de proteção, como os tiristores ultrarrápidos.
Há tempos fala-se na literatura sobre a importância de sistemas CCAT multiterminais. No entanto,
estes sistemas ainda não foram implementados com
conversores fonte de tensão por não existirem disjuntores c.c viáveis no mercado. O conversor aqui estu-
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