EEN-908 - HVDC Sistema Elétrico de Potência

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Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 
EEN-908 
Universidade Federal de Itajubá 
HVDC 
• A tecnologia HVDC é utilizada para transmitir 
energia por longas distâncias através de linhas 
de transmissão aéreas e cabos submarinos. 
• É também utilizada para interligar sistemas 
onde as ligações tradicionais de corrente 
alternada (AC) não podem ser utilizadas. 
 
 
INTRODUÇÃO 
 Assíncrona (Back-to-Back ou Linha Aérea) 
 
 Cabo Submarino 
 
 Longa distância 
 
Categorias de Sistemas de Transmissão HVDC 
3 
3 
 
 
 
 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
Vantagens do HVDC 
 Controle independente do sistema AC; 
 Menores perdas; 
 Aumento da capacidade e da eficiência de transmissão ; 
 Possibilidade de operação assíncrona entre regiões; 
 Requer menor número de condutores para a mesma 
potência transmitida; 
 Redução da dimensão da torre; 
 Contribui para a estabilidade; 
 Limita a corrente de curto circuito; 
 Rápida variação do fluxo de potência. 
15 
Cont… 
Desvantagens do HVDC 
 Preço das estações conversoras; 
O nível de perdas nas conversoras para pequenas 
distâncias; 
 Disjuntor DC (inclusão de mecanismo para forçar a 
corrente ir a zero – arco elétrico); 
Nível de rádio interferência e linhas próximas 
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UNIFEI – EEN-908 
1. Converters 
2. Smoothing reactors 
3. Harmonic filters 
4. Reactive power supplies 
5. Electrodes 
6. DC lines 
7. AC circuit breakers 
 
Components of HVDC Transmission 
Systems 
22 
22 
Components of HVDC [2] 
Image of HVDC System Network 
23 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908 
Exemplo: Bipolo ±500kV, 1000 MW 
Componente % 
Válvulas 21 
Trafos Conversores 22 
Pátio DC 6 
Pátio AC 9.5 
Controle/Proteção/Telecom 8 
Obras Civis/Mecânicas 14 
Auxiliares 2.5 
Projeto Eng. & Admin. 17 
 100 
Composição Típica de Preços CCAT 
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Cronograma Típico de Conversora 
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Perdas Típicas nas Estações Conversoras 
(ex. 2.000 MW) 
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Composição de Preços Linhas x Estações função 
da Transmissão CC 
Monopolar 
 Bipolar 
 Homopolar 
Configurações 
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• It uses one conductor . 
• The return path is provided by ground or water. 
• Use of this system is mainly due to cost considerations. 
• A metallic return may be used where earth resistivity is too 
high. 
• This configuration type is the first step towards a bipolar link. 
Monopolar 
36 
 
• Each terminal has two converters of equal rated voltage, 
connected in series on the DC side. 
• The junctions between the converters is grounded. 
• If one pole is isolated due to fault, the other pole can operate 
with ground and carry half the rated load (or more using 
overload capabilities of its converter line). 
 
 
 
 
Bipolar 
37 
 
 
• It has two or more conductors all having the same polarity, 
usually negative. 
• Since the corona effect in DC transmission lines is less for 
negative polarity, homopolar link is usually operated with 
negative polarity. 
• The return path for such a system is through ground. 
 
 
 
 
 
Homopolar 
38 
Modos de Operação 
DC OH Line 
Converter 
Transformer 
Thyristor 
Valves 
400 kV 
AC Bus 
AC Filters, 
Reactors 
Smoothing Reactor 
Converter 
Transformer 
Thyristor 
Valves 
400 kV 
AC Bus 
AC Filters, shunt 
capacitors 
Smoothing Reactor 
Bipolar 
Current 
Current 
Modos de Operação 
DC OH Line 
Converter 
Transformer 
Thyristor 
Valves 
400 kV 
AC Bus 
AC Filters, 
Reactors 
Smoothing Reactor 
Converter 
Transformer 
Thyristor 
Valves 
400 kV 
AC Bus 
AC Filters 
Smoothing Reactor 
Monopolar Ground Return 
Current 
Modos de Operação 
DC OH Line 
Converter 
Transformer 
Thyristor 
Valves 
400 kV 
AC Bus 
AC Filters, 
Reactors 
Smoothing Reactor 
Converter 
Transformer 
Thyristor 
Valves 
400 kV 
AC Bus 
AC Filters 
Smoothing Reactor 
Monopolar Metallic Return 
Current 
GROUND RETURN 
• Most dc transmission lines use ground return for 
reasons of economy and reliability 
• Ground return are used by the monopolar and the 
bipolar link for carrying the return current. 
• The ground path has a low resistance and, therefore 
low power loss as compared to a metallic conductor 
path provided the ground electrodes are properly 
designed. 
• The resistance of the ground path is independent of the 
depth of the line. 
 
PROBLEMS 
• The Design of grounding electrodes for low cost 
of installation and maintenance 
• Location and screening of electrodes so that 
ground currents cause negligible electrolytic 
corrosion of buried and immersed metallic 
structures. 
EARTH ELECTRODE 
• HVDC system requires a properly designed 
earth electrode at each station. 
• The electrode is situated at a safe distance (5 to 
30 km) from the station. 
• The earth electrode at one of the station acts as 
a anode and at the other end acts as a cathode. 
 
RECENT ADVANCES 
• GTO’s have come into use. 
• Use of active ac and dc filters. 
• Advanced fully digital control systems using 
optical fibers. 
2004 Year: 
3000 Power rating 
(MW): 
500 DC voltage 
(kV): 
980 Length of DC 
line (km): 
Guizhou – Guangdong I - China 
converter station 
2003 Year: 
3000 Power rating 
(MW): 
500 DC voltage 
(kV): 
860 Length of DC 
line (km): 
Three Gorges – Changzhou - China 
 Converter transformers 
1970 Year: 
3100 Power rating 
(MW): 
500 DC voltage 
(kV): 
1362 Length of DC 
line (km): 
Pacific DC Intertie - USA 
 Valve hall 
1984 Year: 
3150 Power rating 
(MW): 
600 DC voltage 
(kV): 
805 Length of DC 
line (km): 
Itaipu - Brazil 
Overview of the plant 
2010 Year: 
4000 Power rating 
(MW): 
± 660 DC voltage 
(kV): 
1348 Length of DC 
line (km): 
Ningxia - Shandong - China 
Overview of the plant 
2010 Year: 
5000 Power rating 
(MW): 
± 800 DC voltage 
(kV): 
1418 Length of DC 
line (km): 
Yunnan – Guangdong - China 
A transmission tower (Pylon) 
2013 Year: 
6400 Power rating 
(MW): 
± 500 DC voltage 
(kV): 
1286 Length of DC 
line (km): 
Xiluodo – Guangdong - China 
Inner view of the station 
2010 Year: 
6400 Power rating (MW): 
± 800 DC voltage (kV): 
2071 Length of DC line (km): 
Xiangjiaba – Shanghai - China 
Converter HVDC Transformers 
2012 Year: 
7200 Power rating: 
± 800 DC voltage (kV) 
2100 Length of DC line: 
Jinping – Sunan - East China 
800 kV UHVDC Transformer 
in comparison with a VOLVO car 
HVDC BIPOLAR TRANSMISSION SYSTEM 
 2 DOUBLE CIRCUIT HVAC TRANSMISSION SYSTEMS 
2000 MW HVDC VIS- A- VIS – HVAC SYSTEMS 
Aspectos Gerais 
 Situação no Mundo 
 O que Caracteriza a Transmissão CCAT (HVDC) 
 Principais projetos e aplicações 
 As Estações Conversoras e Composição de Preços 
 Dispositivos Semicondutores 
 Topologias e configurações 
 Desenvolvimentos recentes na China e Índia 
 Desempenho Operacional 
 Aspectos de Projeto CCAT 
 Experiências diante de Grandes Eventos 
UNIFEI – EEN-908 
Situação no Mundo UNIFEI – EEN-908 
O que Caracteriza a CCAT 
 Sistemas Síncronos Interligados 
 3 Condutores (Trifásico) 
 Subestações de Controle de 
Tensão e de Manobra a cada 300 
a 400 km 
UNIFEI – EEN-908 
 Sistemas Assíncronos 
Interligados 
 2 Condutores (Pólos + e -) 
 Transmissão Direta 
Características da Transmissão CA 
Intercâmbio de Reativos 
Função da distância e 
carregamento da linha 
UNIFEI – EEN-908 
Características da Transmissão CA 
UNIFEI – EEN-908 
UNIFEI – EEN-908