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Transmissão em Corrente
Contínua
CONTROLE PARA SISTEMAS
DE TRANSMISSÃO EM CC
Prof. Júlio Borges de Souza
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.
A equação de regulação pode ser escrita nas formas:
dCdd IRVV .cos.0 dCdd IRVV .cos.0
Ponte Inversora – Circuito Equivalente
MEIOS BÁSICOS DE CONTROLE
cos.1dodr VV cos.2dodi VV 21 clcd RRRR
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
Id e Vd em qualquer ponto da linha só podem ser controladas
por variações em Vdr e Vdi pois Rd são parâmetros do sistema
MEIOS BÁSICOS DE CONTROLE
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
Métodos de controle de Vdr e Vdi – 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
Velocidade de controle: α ou - 1 a 10 ms; taps – 5 a 6 s por estágio.
Distúrbios no sistema CA de alimentação ou faltas
nos conversores
- rápida restauração pelo sistema de ignição
LIMITAÇÃO DO CONTROLE MANUAL
dlcddlcdrd IRRVIRRVV ).(cos.).( 110111
dlcddlcdid IRRVIRRVV ).(cos.).( 220222
Para valores constantes de Vd01, Vd02, α e a
representação de Vd = f(Id) será uma reta
LIMITAÇÃO DO CONTROLE MANUAL
dlcddlcdrd IRRVIRRVV ).(cos.).( 110111
dlcddlcdid IRRVIRRVV ).(cos.).( 220222
d
didrd
R
VVI
A corrente Id é bastante sensível às variações das
tensões de alimentação do retificador e do inversor.
Métodos de controle de potência de um sistema CC 𝑃𝑑 = 𝑉𝑑 . 𝐼𝑑
- 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
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 – Icc = Idn
- Na prática – Icc = 2.Idn
- Falta “circuito aberto” – sobretensões ( raras )
O método da corrente constante é mais
vantajoso
CORRENTE CONSTANTE x TENSÃO CONSTANTE
Considerações – Minimização das Perdas
- Perdas dependentes da corrente - R.Id2
- 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
mais vantajoso
- 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: αmin =0º; real: αmin 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
- Considerando um ponto nos terminais do retificador
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
dcdd IRVV .cos. 101
dcldd IRRVV ).(cos. 202
Com Rc2 > Rl tem-se:
SISTEMA IMPRATICÁVEL
- 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
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
- 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
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
- Corrente Id medida diferente da de referência – regulador
atua no ângulo de ignição do retificador
- Tensão Vd medida diferente da de referência – alteração do
tap do transformador (isto altera - o CEA atua retornando
ao valor de referência – e altera Id – o CCC atua retornando
Id ao valor de referência)
O retificador controla a corrente – O inversor controla a tensão ()
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
- 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 fp – margem para aumento de Vdr
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
- Característica acima: o retificador consegue manter Id
constante para qualquer condição ca
Isto não é possível
O retificador deve ser dotado de um controle para manter α=αmin
CIA – Constant Ignition Angle Control
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
- 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=αmin (constante) é que determina o ponto de
operação
A figura apresenta duas característica para α=αmin e dois
valores para a tensão de alimentação do retificador
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
- No caso da tensão de alimentação do retificador ser muito
reduzida, a característica para α=αmin 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 DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
- 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.
∆𝐼𝑑= 0,1 𝑎 0,15 . 𝐼𝑑
- 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
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS INDIVIDUAIS
- 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
Vd = f(Id).
- O mesmo conversor operando como inversor apresenta a
correspondente característica no quarto quadrante.
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMBINADAS
- Característica conversor I
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMBINADAS
- Característica conversor II
- Linha cheia - conversor I opera como retificador e conversor II como inversor
- Linha tracejada – conversor I opera como inversor e o II como retificador
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMBINADAS
- Conversor I opera como retificador e conversor II como inversor
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMBINADAS
- Conversor I opera como inversor e o conversor II como retificador
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMBINADAS
ÂNGULO DE IGNIÇÃO CONSTANTE NO INVERSOR
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
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.
21
0201 cos.cos.
clc
dd
d
didrd
RRR
VV
R
VVI
CONTROLE DO ERRO DA CORRENTE
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMPLEMENTARES
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
”Three Point Cross-Over Instability”.
CONTROLE DO ERRO DA CORRENTE
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMPLEMENTARES
O Controle do Erro da Corrente modifica a característica estática da inversora
no intervalo definido pela margem de corrente, eliminando o problema.
LIMITADOR DA ORDEM DE CORRENTE DEPENDENTE DA TENSÃO
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMPLEMENTARES
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 Vd1 e Vd2 , o VDCOL limita a ordem de
corrente proporcionalmente à tensão contínua diminuindo a absorção de reativos pelo
conversor.
LIMITADOR DA ORDEM DE CORRENTE DEPENDENTE DA TENSÃO
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMPLEMENTARES
A atuação do VDCOL melhora o desempenho transitório do sistema integrado ca-cc.
Quando a tensão contínua cai abaixo de Vd1, o VDCOL limita a ordem de corrente a um
valor máximo igual a Id1.
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 .
A característica CIA do inversor deve permanecer acima da característica VDCOL do retif.
UNIDADE DE BLOQUEIO E DESBLOQUEIO
CARACTERÍSTICAS DE UM SISTEMA REAL DE CONTROLE
CARACTERÍSTICAS COMPLEMENTARES
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 (Idr), tendo um
aumento linear segundo uma rampa de inclinação especificada.
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.
SISTEMA DE CONTROLE COMPLETO
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.
SISTEMA DE CONTROLE COMPLETO