O Conversor com Capacitores de Comutação e a sua Utilização na Estação Conversora de Garabi

Ccc E a Sua Utilização Na Estação Conversora De Garabi

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Trabalho Final de Graduação

JULHO/2011

Universidade Federal de Itajubá

Engenharia Elétrica

Conversor com Capacitores de Comutação e a sua Utilização na Estação Conversora de Garabi

Francis Soares

Orientador: Prof. Dr. Ângelo José Junqueira Rezek

Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE)

Resumo – Este artigo apresenta as principais vantagens da utilização de conversores com capacitores de comutação (CCC) em sistemas de corrente contínua (HVDC – High Voltage Direct Current), enfocando a sua utilização na estação conversora de Garabi. Foram abordados também as principais características operacionais destes conversores, assim como foram feitas considerações sobre harmônicos e falhas de comutação nestes conversores. É feito também, uma breve descrição do sistema back-to-back e do conversor de 12 pulsos instalado em Garabi.

Palavras-Chave: Conversor com Capacitores de Comutação, CCC, Projeto Garabi, HVDC, Back-to-Back, Conversor de 12 pulsos.

I – INTRODUÇÃO

A primeira aplicação comercial de Conversores Com Capacitores de Comutação (CCC) foi realizada na estação conversora de Garabi, situada no Rio Grande do Sul. Estes conversores apresentam diversas vantagens frente aos conversores convencionais. O CCC é caracterizado pelo uso de capacitores de comutação inserido em série entre os transformadores e as válvulas do conversor. Estes capacitores contribuem com uma tensão adicional sobre as válvulas, auxiliando o processo de comutação e evitando que as falhas de comutação ocorram. Além disso, os capacitores de comutação também contribuem para o suporte de reativos nas estações terminais, eliminando a necessidade de compensadores síncronos. Este conversor mostrou-se extremamente vantajoso, principalmente em instalações de baixa capacidade de curto-circuito, como as de Garabi.

II – PROJETO GARABI

O primeiro projeto em HVDC no mundo utilizando Conversores com Capacitores de Comutação (CCC) foi realizada pela empresa ABB, na estação conversora de Garabi. Esta estação interliga a Argentina ao Brasil, através de uma estação conversora de 2200MW.

A primeira fase do projeto Garabi entrou em operação em junho de 2000, e a segunda em agosto de 2002, atingindo uma capacidade de conversão total de 2200 MW.

Como o sistema elétrico argentino opera a 50 Hz e o brasileiro a 60 Hz, conversores modulares de frequência back-to-back são utilizados.

No total são quatro blocos conversores de 550 MW. Ambas as fases ligam as redes de 500kV do Brasil e Argentina através de linhas de transmissão com quase 500 quilômetros de extensão cada. Apesar dos dois sistemas elétricos serem extensos e possuírem alta capacidade de curto circuito, eles estão conectados em pontos com baixa potência de curto-circuito.

Através da Fig. 1 pode-se ver a estação conversora de Garabi.

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Fig.1 – Estação conversora de Garabi.

III – Conversores com capacitores de comutação

O uso de CCC representou uma melhora significativa em comparação ao conversor HVDC tradicional. [1]

O conversor utilizado no conceito CCC é caracterizado pelo uso de capacitores de comutação inseridos em série entre os transformadores e as válvulas do conversor.

A Fig. 2 ilustra esta configuração, mostrando a posição do capacitor de comutação.

Fig. 2 – Diagrama unifilar de uma estação com CCC

Este conversor fornece compensação de potência reativa proporcional à carga do conversor. A necessidade de bancos de capacitores shunt comutável na compensação de potência reativa é então eliminado.

O capacitor de comutação contribui com uma tensão adicional sobre as válvulas, o que faz com que seja possível utilizar ângulos de disparo e extinção menores nos retificadores e inversores, respectivamente. Desta forma, o consumo de potência reativa de uma estação conversora com capacitor de comutação é da ordem de 15% do consumo de potência ativa, bem inferior ao de estações convencionais que é da ordem de 60%. [1]

Como mencionado anteriormente, o ponto de conexão entre o sistema brasileiro e argentino apresenta um baixo nível de curto-circuito. Para este tipo de situação, os conversores CCC se aplicam muito bem, uma vez que a contribuição de tensão oferecida pelos capacitores de comutação auxiliam o processo de transferência de condução entre as válvulas dos tiristores. Isto faz com que haja uma maior margem de comutação para o inversor, minimizando, assim, falhas de comutação e resultando em um arranjo mais robusto e menos sensível a perturbações da rede elétrica. [2]

A demanda de potência reativa nas estações conversoras com capacitores de comutação é bem inferior a de estações convencionais, uma vez que os capacitores de comutação contribuem para o suporte de reativos nas estações terminais, eliminando a necessidade de compensadores síncronos ou compensação reativa adicional.

Também para o caso de quedas de tensão no sistema elétrico, o capacitor fornece uma tensão de compensação, o que torna este arranjo mais atraente do ponto de vista de estabilidade do sistema.

O fator de potência do CCC é superior ao do conversor convencional. Esta melhoria vem do fato de que o CCC pode ser operado com ângulo de disparo negativo para o retificador e próximo de 180º para o inversor, devido ao aumento da margem de comutação.

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