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15/12/2022
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Sistemas Elétricos 
de Potência I
Sistemas de transmissão em 
corrente contínua (HVDC)
Prof. Lucas Claudino
SEP
Longas distâncias
Alta potência
Interferência
Fonte: NOS, 2020.
Introdução à 
transmissão em 
corrente contínua
Motivação
• Transmissão em CA: desvantagens para transmitir 
muita potência a grandes distâncias.
Exemplo:
Para 50 km:
Para 500 km: 
𝑋𝐿𝑇 = 0,03 pu/km
Fonte: Silva, 2019, p. 105.
Considerando que 𝑉1 e 𝑉2 permaneçam em 1 pu:
Potência ativa que trafega pela linha:
Redução na capacidade de 
transferência de potência
Fonte: Silva, 2019, p. 106.
Motivação
• Redução de perdas -> aumento do nível da tensão;
• Elevação de tensão CC: grandes conversores de frequência;
• Elevação de tensão CA: possível uso de transformador;
• Bons resultados enquanto a demanda era baixa.
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Linha do tempo
Até início do 
séc. XX: baixa 
demanda
1901: válvula 
de mercúrio 
e retificador 
a vapor de 
mercúrio
1945: primeiro 
sistema HVDC
1954: primeiro 
uso comercial 
de HVDC
Fonte: elaborada pelo autor.
Linha do tempo
1972: primeiro 
HVDC com válvulas 
de tiristores
1970-2000: 
evolução de 
conversores 
comutados
1990: evolução 
de 
semicondutores
Fonte: elaborada pelo autor.
Desenvolvimento e escolha de semicondutores
Fonte: MOHAN, 2014, p. 102.
Vantagens de HVDC
Vantagens do HVDC - 1
• Maior a LT -> mais componentes são adicionados!
• RC é um filtro e atenua tensões.
• Maior RC -> maior atenuação
• DC -> ZL=0 e Zc=inf.
Fonte: elaborada pelo autor.
Vantagens do HVDC - 2
• DC só transfere potência ativa! O que realmente 
interessa!
Fonte: elaborada pelo autor.
𝑺 = 𝑷 + 𝒋𝑸
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Vantagens do HVDC - 3
↑freq. ↓seção efetiva ↑Resist. 
DC usa toda a seção!!!
Fonte: elaborada pelo autor.
Vantagens do HVDC - 4
DC: facilidade de conexão entre sistemas distintos
• Mesma magnitude e mesma polaridade
• Conexão com diodos ainda protege contra polaridade reversa
AC: dificuldade de conexão entre sistemas distintos:
• Mesma magnitude
• Mesma fase
• Mesma forma
• Mesma frequência
Fonte: elaborada pelo autor.
Desvantagens do HVDC
• Necessário mais pot. reativa no conversor;
• Manutenção frequente dos isoladores;
• Perdas adicionais em transformadores e conversores;
• Necessidade de boa refrigeração;
• Semicondutores de potência: tecnologia cara;
• Introdução de harmônicos.
Transmissão em 
corrente contínua
Sistema HVDC
HVDC com elo 
de corrente
HVDC com elo 
de tensão
Fonte: MOHAN, 2014, p. 102.
Elementos de um HVDC
• Disjuntor CA: isolação em caso de falhas;
• Filtro CA e banco de cap.: filtrar harmônicos do conversor;
• Reatores e filtros CC: reduzir ondulação e proteger dispositivos 
durante a comutação
Conversor → principal 
componente
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Configurações em HVDC
Monopolar
• Mais simples
• Único condutor e caminho de retorno
• Parte comum aterrada em uma extremidade
• Linhas com polaridade negativa -> menor efeito Corona
Bipolar
Homopolar
Back-to-back
Multiterminal
Itaipu:
• Bipolos em ±600 kV
• Potência 3150 mW
• 800 km
Resolução da SP
SP: consultoria para 
sistema de 
transmissão
Situação Problema
Você: consultor de planejamento de sistemas de transmissão.
Desafio: licitação para LT maior que 700 km conectando dois 
sistemas CA.
Complicações ambientais (direitos);
Instabilidade;
Alta radiointerferência
Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)Qual tecnologia utilizar?
Resolução da SP
Utilizar HVDC
• Boa para transmissão de grandes potências;
• Economia em cabeamento e torres de sustentação;
• Grandes distâncias -> CA oferece muitas perdas
• CA -> necessidade de manipulações intermediárias;
• HVDC: menos susceptível a radiointerferências;
• Baixas perdas por efeito corona
Resolução da SP
Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
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Resolução da SP
SP: consultoria para 
sistema de 
transmissão
Situação Problema
Você: consultor de planejamento de sistemas de transmissão.
Desafio: licitação para LT maior que 700 km conectando dois 
sistemas CA.
Utilização de HVDC
Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Qual conversor utilizar? 
Como fazer o controle?
SP: resolução
Fonte: MOHAN, 2016.
Limite de ângulo: 160o -> Operação segura dos 
tiristores
Fonte: MOHAN, 2016.
Fonte: https://images.app.goo.gl/L1moPszUsRc8tJCs7
Comparação de custo AC vs. HVDC
Fonte: https://bit.ly/2RKhTon
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HVDC com elo de 
corrente
Sistema HVDC
HVDC com elo 
de corrente
HVDC com elo 
de tensão
Fonte: MOHAN, 2014, p. 102.
HVDC convencional
• Uso de válvulas tiristorizadas (controle do acionamento);
• Requerem fonte de tensão síncrona para operar
• Considerar um arranjo de dois polos (positivo e negativo);
• Cada polo tem dois conversores tiristorizados;
• Uso de trafos Y-Y e Y-D -> defasagem de 30o.
• Indutância extra na linha para reduzir variações 
de corrente;
Fonte: MOHAN, 2016.
Operação básica do tiristor
Fonte: MOHAN, 2016. Fonte: MOHAN, 2016.
HVDC: retificador de onda completa
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Fonte: MOHAN, 2016.
HVDC: retificador de onda 
completa
Tensão CC média:
HVDC com elo de 
corrente e atraso no 
disparo
Sistema HVDC
HVDC com elo 
de corrente
HVDC com elo 
de tensão
Fonte: MOHAN, 2014, p. 102.
Fonte: MOHAN, 2016.
Fonte: MOHAN, 2016.
Perda por atraso de chaveamento:
Tensão fase-fase é 2𝑉𝐹𝐹 sin𝜔𝑡. Então a queda é:
O valor médio da tensão CC é controlado pelo ângulo de 
disparo!
Fonte: MOHAN, 2016.
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Atraso em casos não ideais
Indutância do enlace ≠ 0 → comutação não instantânea
Fonte: MOHAN, 2016.
Atraso em casos não ideais
Queda de tensão adicional
A tensão de saída deve considerar esse efeito:
Fonte: MOHAN, 2016.
HVDC com elo de 
tensão
Sistema HVDC com elo de tensão
Presença de capacitor no lado 
CC
Fonte: MOHAN, 2016.
Sistema HVDC com elo de tensão
Fonte: MOHAN, 2016.
Capacitor 
HVDC
Fonte: https://images.app.goo.gl/8Nd3Z71xqrkpqS5y7
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Modelagem ideal: transformadores de tap continuamente 
variável
Fonte: MOHAN, 2016.
Modelagem ideal: 
transformadores de tap
continuamente variável
Fonte: MOHAN, 2016.
Implementação – chaveamento com PWM
Fonte: MOHAN, 2016.
Resolução da SP
SP: revisão de 
consultoria em HVDC
Situação Problema
Você: consultor de planejamento de sistemas de transmissão.
Desafio: sistema com controle de reativos, sem que os 
reativos sejam consumidos pela rede CA
Utilização de HVDC
Fonte: Elaborado pelo Autor (2020)
Pode-se adaptar os 
conversores já existentes?
SP: resolução
• Conversor adequado: elo de tensão;
• Característica: uso de conversores transistorizados e 
chaveamento PWM;
• Uma lado CC com capacitor e outro lado CA indutivo;
• Porém: harmônicos de saída;
• Necessidade de filtragem;
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SP: resolução
Vantagens:
• Rápidos e independentes para controle de fluxo de pot.
• Garantia de qualidade da onda gerada;
• Operação simples como retificador ou inversor;
• Operação em quatro quadrantes (FP atrasado ou
adiantado)
Válvula tiristorizada
150 kV 914 A
Sala de válvulas
Fonte: ABB, 2013.
Fonte: ABB, 2013.
Conceitos
Questão básica
Um conversor com elo de tensão 
utilizando transistores IGBT tem a 
estrutura conforme mostrada na figura a 
seguir:
Podemos ver que quando o sinal é de 
_________, apenas o transistor 
_________ conduz, e a corrente poderá 
então fluir no indutor de saída em ambas 
as direções, através do transistor superior 
se essa for _________ ou através do 
diodo superior se for _________.
Um conversor com elo de tensão 
utilizando transistores IGBT tem a 
estrutura conforme mostrada na figura a 
seguir:
Podemos ver que quando o sinal é de 
nível alto apenas o transistor superior
conduz, e a corrente poderá então fluir no 
indutor de saída em ambas as direções, 
através do transistor superior se essa for 
positiva ou através do diodo superior se 
for negativa.
Recapitulando
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Vantagens do HVDC
Maior a LT -> mais componentes!
RCé um filtro e atenua tensões.
Maior RC -> maior atenuação
DC -> ZL=0 e Zc=inf.
Fonte: elaborada pelo autor.
DC só transfere potência ativa! O 
que realmente interessa!
𝑺 = 𝑷 + 𝒋𝑸
Vantagens do HVDC - 3
↑freq. ↓seção efetiva ↑Resist. 
DC usa toda a seção!!!
Fonte: elaborada pelo autor.
DC: facilidade de conexão entre sistemas distintos
• Mesma magnitude e polaridade
• Diodos protegem contra polaridade reversa
AC: dificuldade de conexão
• Mesma magnitude, fase, forma, frequência
Fonte: MOHAN, 2016.
Sistema HVDC com elo de tensão
Fonte: MOHAN, 2016.