Transmissão em CCAT de Ultra-Alta Tensão

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Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Transmissão em
Corrente Contínua
Ultra-Alta Tensãoem 
Panorama Atual
e Perspectivas Futuras no Brasil
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Ultra-High Voltage 
Transmission Systems
Brazilian SC B4
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Transmissão em CCAT -
Aspectos Conceituais
Transmissão em CCAT -
Aspectos Conceituais
E. H. Watanabe1
B. Chuco1, L. O. Daniel2, A. C. Borré1 e P.M.M. Portugal1,3
1 Programa de Engenharia Elétrica
COPPE / Universidade Federal do Rio de Janeiro
2 Eletrobras – CEPEL
3 Eletrobras
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 4
SISTEMAS HVDCSISTEMAS HVDC
Conversores Fonte de Corrente
(Current Sourced Converter – CSC ou Line Commutated 
Converter - LCC):
- Conversores baseado em tiristores
- Controle de ângulo de disparo
- Controle de corrente
Conversores de Fonte de Tensão 
(Voltage Sourced Converter - VSC):
- Conversores baseados em IGBT ou IGCT
- Controle por modulação de largura de pulso - PWM
- Controle de tensão no lado CC e corrente no lado CA
- Sistemas mais novos: Conversor Multinível Modular (MMC – em inglês)
Conversores Fonte de Corrente
(Current Sourced Converter – CSC ou Line Commutated 
Converter - LCC):
- Conversores baseado em tiristores
- Controle de ângulo de disparo
- Controle de corrente
Conversores de Fonte de Tensão 
(Voltage Sourced Converter - VSC):
- Conversores baseados em IGBT ou IGCT
- Controle por modulação de largura de pulso - PWM
- Controle de tensão no lado CC e corrente no lado CA
- Sistemas mais novos: Conversor Multinível Modular (MMC – em inglês)
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 5
Vantagens:
- Linhas de transmissão CC são mais compactas
- Linha CC não precisa de compensação de potência reativa
- Muito flexíveis
- Ótimo para conectar sistemas assíncronos
- Ótimo para transmissão a longas distâncias ou conexão BTB
Desvantagens:
- Alto custo dos conversores
- Poucos fornecedores
- Harmônicos 
Vantagens:
- Linhas de transmissão CC são mais compactas
- Linha CC não precisa de compensação de potência reativa
- Muito flexíveis
- Ótimo para conectar sistemas assíncronos
- Ótimo para transmissão a longas distâncias ou conexão BTB
Desvantagens:
- Alto custo dos conversores
- Poucos fornecedores
- Harmônicos 
TRANSMISSÃO CC (CSC ou LCC)TRANSMISSÃO CC (CSC ou LCC)
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 6
SISTEMA CCAT DE ITAIPU (FURNAS)SISTEMA CCAT DE ITAIPU (FURNAS)
Linha de transmissão HVDCLinha de transmissão HVDC
Linha de transmissão CALinha de transmissão CA
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 7
Conversor Fonte de Corrente - CSCConversor Fonte de Corrente - CSC
Circuito básico com conversor de 6-Pulsos 
Vd VR 
Rede 
CA 1 
Rede 
CA 2 
Retificador Inversor 
Ld 
Id ia 
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 8
Sistema 3Φ com tensão 
controlada e capacidade 
de controlar potência 
reativa.
Fontes de Corrente 3ΦFontes de Corrente 3Φ
Conversor Fonte de Corrente Conversor Fonte de Corrente 
ia 
ib ic VdVR
InversorInversor
Ld
Id ia
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 9
Conversor de 12-PulsoConversor de 12-Pulso
VR
Y-Y
Y-∆
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 10
Sistema de Transmissão HVDCSistema de Transmissão HVDC
Rede CA 1 Rede CA 2
Linha CC
Linha CC
Reator de Alisamento
Y-Y
Y-Y
Y-Y
Y-Y
Y-∆
Y-∆
Y-∆
Y-∆
F
i
l
t
r
o
 
C
A
F
i
l
t
r
o
 
C
A
F
i
l
t
r
o
 
C
A
F
i
l
t
r
o
 
C
A
F
i
l
t
r
o
 
C
C
F
i
l
t
r
o
 
C
C
F
i
l
t
r
o
 
C
C
F
i
l
t
r
o
 
C
C
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 11
EXEMPLOS DE HVDCEXEMPLOS DE HVDC
Itaipu:
+/- 600 kV; 6300 MW (dois bipolos com 840 km) 
Madeira:
+/- 600 kV; 6300 MW (dois bipolos com 2300 km)
Itaipu:
+/- 600 kV; 6300 MW (dois bipolos com 840 km) 
Madeira:
+/- 600 kV; 6300 MW (dois bipolos com 2300 km)
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em Ultra-Alta Tensão 12
Problemas com HVDC (CSC ou LCC)Problemas com HVDC (CSC ou LCC)
• Necessidade de fonte de tensão
• Necessidade de controle de potência reativa
• Necessidade de filtros de harmônicos
• Podem ocorrer falhas de comutação
• Necessidade de fonte de tensão
• Necessidade de controle de potência reativa
• Necessidade de filtros de harmônicos
• Podem ocorrer falhas de comutação
E porque são usados?E porque são usados?
•É possível ter altas potências (2 GW/conversor)
•Custo relativamente baixo
•É possível ter altas potências (2 GW/conversor)
•Custo relativamente baixo
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 13
Problemas com Sistemas HVDC 
Convencional
Problemas com Sistemas HVDC 
Convencional1 – Sensibilidade a falhas de comutação
2 – Necessita de potência reativa capacitiva 
Solução:
Capacitor-Commutated Converter - CCC
AC Grid 1 AC Grid 2
Rd
Vdr Vdi
Id
Sistema usado na conexão Brasil-Argentina (Garabi)Sistema usado na conexão Brasil-Argentina (Garabi)
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
E os conversores fonte de tensão (VSC)?E os conversores fonte de tensão (VSC)?
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 15
HVDC–VSC: Configuração BásicaHVDC–VSC: Configuração Básica
• Controle PWM “elimina” os problemas com harmônicos
• Rede CA2 pode ser fraca ou até passiva
• Potência reativa pode ser controlada pelos conversores
• Controle PWM “elimina” os problemas com harmônicos
• Rede CA2 pode ser fraca ou até passiva
• Potência reativa pode ser controlada pelos conversores
CF
Vd
Rede 
CA1
Rede 
CA2
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 16
HVDC–VSC: Operando como Fonte CA de TensãoHVDC–VSC: Operando como Fonte CA de Tensão
va
vbvc
O que temos:
VSC em ponte
O que temos:
VSC em ponte
O que queremos:
Fonte trifásica senoidal 
(sem harmônicos e a carga pode ser passiva)
O que queremos:
Fonte trifásica senoidal 
(sem harmônicos e a carga pode ser passiva)
CF
Vd
Solução possível dentro de certos limites de tensão e corrente.Solução possível dentro de certos limites de tensão e corrente.
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 17
Fonte de corrente 3Φ com amplitude e fase 
controlada: controle de potência ativa e reativa.
Fonte de corrente 3Φ com amplitude e fase 
controlada: controle de potência ativa e reativa.
• Robustez contra curtos no lado CA
• Controle indireto de tensão 
(controla reativo para controlar a 
tensão)
• Robustez contra curtos no lado CA
• Controle indireto de tensão 
(controla reativo para controlar a 
tensão)
VSC com Controle de CorrenteVSC com Controle de Corrente
ia 
ib ic 
CF
Vd
Controle de 
Corrente
Controle de 
Corrente iaref
ia
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
HVDC–VSC: o que é possível fazer?HVDC–VSC: o que é possível fazer?
• Conexão “back-to-back”
• Transmissão via cabo
• Conexão “back-to-back”
• Transmissão via cabo
Problemas:
• Inexistência de disjuntor para o lado CC
• Nível de potência ainda menor que no caso do CSC
Problemas:
• Inexistência de disjuntor para o lado CC
• Nível de potência ainda menor que no caso do CSC
18
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 19
HVDC-VSC – Curto-Circuito no Elo CCHVDC-VSC – Curto-Circuito no Elo CC
• Curto-circuito no lado CC: osdiodos fornecem corrente. 
• Disjuntor CC é necessário (ainda em desenvolvimento) 
• Difícil transmissão com linhas aéreas 
(Caprivi se fia no disjuntor CA).
• Curto-circuito no lado CC: os diodos fornecem corrente. 
• Disjuntor CC é necessário (ainda em desenvolvimento) 
• Difícil transmissão com linhas aéreas 
(Caprivi se fia no disjuntor CA).
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Limites do HVDC-CSC e HVDC-VSCLimites do HVDC-CSC e HVDC-VSC
Michael P. Bahrman and Brian K. Johnson, “The ABCs of HVDC Transmission Technology”, 
IEEE Power & Energy Magazine March/April 2007 Vol. 5 No. 2
20
Potência MW (Tiristor) por conversorPotência MW (Tiristor) por conversor
Tensão kV (Tiristor) – elo CCTensão kV (Tiristor) – elo CC
Potência MW (IGBT) 
por conversor
Potência MW (IGBT) 
por conversor
Tensão kV 
(IGBT) – elo CC
Tensão kV 
(IGBT) – elo CC
Ano desta publicaçãoAno desta publicação
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Tendências do HVDC-CSCTendências do HVDC-CSC
21
• Aumento da tensão do elo CC: 1000 kV?
• Melhorias em detalhes: controle, por exemplo.
• Aumento da tensão do elo CC: 1000 kV?
• Melhorias em detalhes: controle, por exemplo.
Tendências do HVDC-VSCTendências do HVDC-VSC
• Novos conversores: Conversor Multinível Modular 
(MMC)
• Novos dispositivos (SiC?)
• Disjuntor CC
• Novos conversores: Conversor Multinível Modular 
(MMC)
• Novos dispositivos (SiC?)
• Disjuntor CC
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VSC - 2 NíveisVSC - 2 Níveis VSC - 3 NíveisVSC - 3 Níveis VSC-CMMVSC-CMM
330MW, +/-
150kV, USA -
2002, ABB
330MW, +/-
150kV, USA -
2002, ABB
50MW, +/-80kV, 
Suécia - 1999, ABB
50MW, +/-80kV, 
Suécia - 1999, ABB
400MW, +/-200kV USA –
2010, Siemens
400MW, +/-200kV USA –
2010, Siemens
a b
c
a
b
c
HVDC-VSC e HVDC-MMCHVDC-VSC e HVDC-MMC
22
B. ChucoB. Chuco
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em Ultra-Alta Tensão 23
• Conversor em ponte de 2 ou 3 níveis
• Potência máxima de 300MW (Cross Sound 2002)
• Controle PWM (frequência até 2 kHz)
• Perdas de 3-4% por conversor
• Filtro de harmônico necessário
• Permite “Black Start” (recomposição de serviço)
• Não tem restrição com a Relação de Curto-Circuito
• Conversor em ponte de 2 ou 3 níveis
• Potência máxima de 300MW (Cross Sound 2002)
• Controle PWM (frequência até 2 kHz)
• Perdas de 3-4% por conversor
• Filtro de harmônico necessário
• Permite “Black Start” (recomposição de serviço)
• Não tem restrição com a Relação de Curto-Circuito
HVDC-VSC (convencional)HVDC-VSC (convencional)
B. ChucoB. Chuco
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em Ultra-Alta Tensão 24
• Conversor Multinível Modular com mais de 50 níveis 
• Potência máxima: 400MW (São Francisco 2010)
• Baixa frequência de chaveamento (poucas vezes a 
frequência da linha)
• Perdas entorno de 1,4% por conversor
• Não necessita de filtro de harmônicos
• Permite “Black Start” (recomposição de serviço)
• Não tem restrição com a Relação de Curto-Circuito
• Conversor Multinível Modular com mais de 50 níveis 
• Potência máxima: 400MW (São Francisco 2010)
• Baixa frequência de chaveamento (poucas vezes a 
frequência da linha)
• Perdas entorno de 1,4% por conversor
• Não necessita de filtro de harmônicos
• Permite “Black Start” (recomposição de serviço)
• Não tem restrição com a Relação de Curto-Circuito
HVDC – CMMHVDC – CMM
B. ChucoB. Chuco
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Topologia do CMMTopologia do CMM
B. ChucoB. Chuco
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em Ultra-Alta Tensão 26
Modos de Operação de um Sub-MóduloModos de Operação de um Sub-Módulo
Cada Sub-
Módulo opera 
como um curto 
ou um 
capacitor 
carregado.
Cada Sub-
Módulo opera 
como um curto 
ou um 
capacitor 
carregado.
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Exemplo de Chaveamento do MMC Exemplo de Chaveamento do MMC 
27
av+ av+ av+
av− av− av−
Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Etapa 4
v+a
av−
v+a
av−
B. ChucoB. Chuco
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em Ultra-Alta Tensão 28
Etapas
Exemplo de Chaveamento do MMC Exemplo de Chaveamento do MMC 
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 29
av+
av−
bv+
bv−
abv
bnv
anv
Exemplo de Chaveamento do MMC Exemplo de Chaveamento do MMC 
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 30
E o MMC funciona bem “back-to-back”?E o MMC funciona bem “back-to-back”?
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
HVDC-CMMHVDC-CMM
31
10 níveis10 níveis
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 32
Interligação
HVDC-CMMHVDC-CMM
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Curto-
Circuito 
33
3φ Curto-
circuito
Curto-
circuito
HVDC-CMM - TransitórioHVDC-CMM - Transitório
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Controle do balanço da tensão dos capacitores do SMControle do balanço da tensão dos capacitores do SM
34
HVDC-CMM – Tensão nos CapacitoresHVDC-CMM – Tensão nos Capacitores
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Vantagens:
•Produz perdas baixas (ainda maior que o CSC)
•Baixo conteúdo de harmônicos
•Tem grande possibilidade de chegar a potências de GW
Vantagens:
•Produz perdas baixas (ainda maior que o CSC)
•Baixo conteúdo de harmônicos
•Tem grande possibilidade de chegar a potências de GW
35
HVDC-CMMHVDC-CMM
Problemas:
•Entender melhor o funcionamento e controle 
•Alto número de componentes e controles
Problemas:
•Entender melhor o funcionamento e controle 
•Alto número de componentes e controles
B. ChucoB. Chuco
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
E como funciona um VSC convencional (2 níveis) em 
back-to-back?
E como funciona um VSC convencional (2 níveis) em 
back-to-back?
36
L.O. Daniel
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
 
Ponto de 
medição 1
Ponto de 
medição 1
Ponto de 
medição 2
kVVV ee 12021 ==
Ω∠== o802621 ee ZZ
kVVV cc 3021 ==
mHLL tt 8021 ==Ω== 58,5021 ff RR
mHLL ff 06,721 ==
FCC ff µ== 763,221
kVVcc 55=
FCcc µ= 500
Hzff CHCH 126021 ==
Parâmetros rede CA:Parâmetros rede CA: Parâmetros rede CC:Parâmetros rede CC: Parâmetros conversores:Parâmetros conversores:
L.O. Daniel
Sistemas CA 1Sistemas CA 1Sistemas CA 1 Sistemas CA 2Sistemas CA 2Sistemas CA 2
VSC 1VSC 1VSC 1 VSC 2VSC 2VSC 2
Ponto de 
medição 2
Ponto de 
medição 2
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
Tempo (s)
ps1 [MW] qs1 [Mvar]
Potências no ponto de mediPotências no ponto de mediçção 1 para variaão 1 para variaçção de pão de ps1refs1ref
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Controle de p é
independente de q.
Controle de p é
independente de q.
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Potências no ponto de mediPotências no ponto de mediçção 1 para variaão 1 para variaçção de qão de qs1refs1ref
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 1,75 2,00 2,25 2,50 2,75 3,00
Tempo (s)
qs1 [Mvar] ps1 [MW]
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemasCA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Controle de q é
independente de p.
Controle de q é
independente de p.
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
DHT das tensões e corrente no ponto de mediçãoDHT das tensões e corrente no ponto de mediDHT das tensões e corrente no ponto de mediççãoão
SEM filtros CASEM filtros CASEM filtros CA COM filtros CACOM filtros CACOM filtros CA
-0,5
0,0
0,5
0,205 0,217 0,228 0,240
Tempo (s)
Is1-a Is1-b Is1-c
-1,2
0,0
1,2
0,200 0,215 0,230 0,245
Tempo (s)
Vs1-a Vs1-b Vs1-c
-0,5
0,0
0,5
0,270 0,290 0,310 0,330
Tempo (s)
Is1-a Is1-b Is1-c
-1,0
0,0
1,0
0,310 0,330 0,350 0,370
Tempo (s)
Vs1-a Vs1-b Vs1-c
DHT=7,44%DHT=7,44%
DHT=17,62%DHT=17,62%
DHT=1,98%DHT=1,98%
DHT=2,42%DHT=2,42%
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
Degrau em pDegrau em ps1refs1ref
38
40
42
44
46
48
50
52
0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58
Tempo (s)
ps1ref ps1
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Resposta rápida (<5 ms)Resposta rápida (<5 ms)
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
Degrau em VDegrau em Vccrefccref
59
60
61
62
63
64
0,48 0,50 0,52 0,54 0,56 0,58 0,60 0,62 0,64
Tempo (s)
Vccref Vcc
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
Degrau em qDegrau em qs1refs1ref
-15,0
-12,5
-10,0
-07,5
-05,0
-02,5
00,0
02,5
05,0
0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58
Tempo (s)
qs1ref qs1
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
Degrau em qDegrau em qs2refs2ref
-15
-13
-10
-08
-05
-03
00
03
05
0,48 0,49 0,50 0,51 0,52 0,53 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58
Tempo (s)
qs2ref qs2
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuitocircuito
 
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Sistemas CA 1Sistemas CA 1Sistemas CA 1
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito trifcircuito trifáásicosico
-1,50
-1,25
-1,00
-0,75
-0,50
-0,25
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
Vs1-a Vs1-b Vs1-c
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito trifcircuito trifáásicosico
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
ps1ref ps1
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito trifcircuito trifáásicosico
-2,00
-1,60
-1,20
-0,80
-0,40
0,00
0,40
0,80
1,20
1,60
2,00
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
Is1-a Is1-b Is1-c
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Corrente controlada 
durante o curto
Corrente controlada 
durante o curto
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito trifcircuito trifáásicosico
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
0,18 0,22 0,26 0,30 0,34 0,38 0,42 0,46 0,50 0,54 0,58 0,62 0,66 0,70
Tempo (s)
Vccref Vcc
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Tensão do elo CC controlada 
durante o curto
Tensão do elo CC controlada 
durante o curto
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito trifcircuito trifáásicosico
-1,50
-1,25
-1,00
-0,75
-0,50
-0,25
0,00
0,25
0,50
0,75
1,00
1,25
1,50
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
Vs2-a Vs2-b Vs2-c
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Tensão do Lado CA 2 sem influência do curtoTensão do Lado CA 2 sem influência do curto
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito trifcircuito trifáásicosico
-1,0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
Is2-a Is2-b Is2-c
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
Corrente do Lado CA (apenas reativo) Corrente do Lado CA (apenas reativo) 
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito monofcircuito monofáásicosico
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
ps1
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
O desequilíbrio provoca potência oscilante de 2ωO desequilíbrio provoca potência oscilante de 2ω
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito monofcircuito monofáásicosico
30
38
47
55
63
72
80
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
Vcc
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
A potência oscilante de 2ω provoca oscilação e VccA potência oscilante de 2ω provoca oscilação e Vcc
Esta oscilação de 2ω em Vcc pode provocar terceiro 
harmônico de sequência positiva! O capacitor deve 
ser dimensionado considerando esse fato.
Esta oscilação de 2ω em Vcc pode provocar terceiro 
harmônico de sequência positiva! O capacitor deve 
ser dimensionado considerando esse fato.
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Modelagem não-linear de um VSC-BTB
CurtoCurto--circuito monofcircuito monofáásicosico
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60 0,65 0,70
Tempo (s)
ps2
Sistemas CA Interconectados com o VSC-BTBSistemas CA Interconectados com o VSCSistemas CA Interconectados com o VSC--BTBBTB
L.O. Daniel
A potência oscilante de 2ω atravessa o elo CC!A potência oscilante de 2ω atravessa o elo CC!
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
) Similara um SSSC monofásico (sem transformadores, simplicidade 
no controle, capaz de realizar tanto a compensação capacitiva 
quanto a indutiva)
) Similar a um SSSC monofásico (sem transformadores, simplicidade 
no controle, capaz de realizar tanto a compensação capacitiva 
quanto a indutiva)
55/8
Converter Based Controlled Reactance (CBCR)Converter Based Controlled Reactance (CBCR)
A.C. 
Borré
A.C. 
Borré
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
U
II
C
A
P
A
C
I
T
I
V
O
I N
D
U
T I
V
O
REGIÃO DE OPERAÇÃO 
COM L > 0
REGIÃO DE OPERAÇÃO 
COM L < 0
UMAX
UMIN
56/8
Converter Based Controlled Reactance (CBCR)Converter Based Controlled Reactance (CBCR)
A.C. 
Borré
A.C. 
Borré
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
SISTEMA CA
SCR = 2,5 @ 84º
345 kV, 50 Hz
345 kV:400 kV
1207,5 MVA
400 kV:230 kV
1183,6 MVA
0,5968 H 0,5968 H2,5 2,5 SISTEMA CASCR = 1,67 @ 75º
345 kV, 50 Hz
FILTRO PASSA-BAIXA
250 Mvar (260 Hz)
FILTRO PASSA-ALTA 
250 Mvar (528 Hz)
FILTRO PASSA-BAIXA
100 Mvar (300 Hz)
FILTRO PASSA-ALTA 
100 Mvar (528 Hz)
CAPACITOR SHUNT
125 Mvar
26 F
53 F
Cigrè HVDC Benchmark Model com CCC
Cigrè HVDC Benchmark Model com CBCR
57/8
Converter Based Controlled Reactance (CBCR)Converter Based Controlled Reactance (CBCR)
A.C. 
Borré
A.C. 
Borré
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
Tensão no lado CCTensão no lado CC
Corrente no lado CCCorrente no lado CC
Potência no lado CCPotência no lado CC
Falta trifásica aplicada em t = 0,75 s com 
duração de 50 ms
58/8
Falta Remota no lado do inversorFalta Remota no lado do inversorFalta Remota no lado do inversor
Converter Based Controlled Reactance (CBCR)Converter Based Controlled Reactance (CBCR)
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
“Indutância negativa” sintetizada“Indutância negativa” sintetizada
Corrente nas válvulas 1 e 3 (com CBCR)Corrente nas válvulas 1 e 3 (com CBCR)
Falta trifásica aplicada em t = 0,75 s com 
duração de 50 ms
59/8
Converter Based Controlled Reactance (CBCR)Converter Based Controlled Reactance (CBCR)
Falta Remota no lado do inversorFalta Remota no lado do inversorFalta Remota no lado do inversor
Corrente nas válvulas 1 e 3 (Sem CBCR)Corrente nas válvulas 1 e 3 (Sem CBCR)
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
CCAT HÍBRIDO CSC E VSCCCAT HCCAT HÍÍBRIDO CSC E VSCBRIDO CSC E VSC
Paulo Max Maciel PortugalPaulo Max Maciel Portugal
Defesa de Tema de Tese de DoutoradoDefesa de Tema de Tese de Doutorado
Rio de Janeiro, 27/09/12Rio de Janeiro, 27/09/12
60
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
• Inexistência da falha de comutação
• A potência pode ser distribuída entre os VSC
• A potência reativa capacitiva ou indutiva de cada VSC são independentes
• A rede CA pode ser passiva
61
CCAT HÍBRIDO CSC E VSCCCAT HCCAT HÍÍBRIDO CSC E VSCBRIDO CSC E VSC
VSC 1VSC 1
Rede 2Rede 2
Rede 1Rede 1
Rede 
n
Rede 
n
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
RESULTADOS SIMULADOS: RESULTADOS SIMULADOS: um retificador CSC e um inversor 
VSC
62
CCAT HÍBRIDO CSC E VSCCCAT HCCAT HÍÍBRIDO CSC E VSCBRIDO CSC E VSC
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
63
Condições analisadas:
•Operação normal
•Curto-circuito no meio da linha CC
•Curto-circuito monofásico na rede CA receptora
•Curto-circuito trifásico na rede CA receptora
Condições analisadas:
•Operação normal
•Curto-circuito no meio da linha CC
•Curto-circuito monofásico na rede CA receptora
•Curto-circuito trifásico na rede CA receptora
CCAT HÍBRIDO CSC E VSCCCAT HCCAT HÍÍBRIDO CSC E VSCBRIDO CSC E VSC
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
64
CCAT HÍBRIDO CSC E VSC – Curto no Meio do Elo CCCCAT HCCAT HÍÍBRIDO CSC E VSC BRIDO CSC E VSC –– Curto no Meio do Elo CCCurto no Meio do Elo CC
Tensão CC no CSC
Corrente no capacitor do VSC
Potência no lado CC do VSC 
Corrente CC no capacitor do VSC
Tensão CC no CSC
Corrente CC no lado CC do VSC
Corrente CC interna do VSC
Potência no lado CC do CSC
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão
65
CCAT HÍBRIDO CSC E VSC – Curto no Meio do Elo CCCCAT HCCAT HÍÍBRIDO CSC E VSC BRIDO CSC E VSC –– Curto no Meio do Elo CCCurto no Meio do Elo CC
Ângulo delta do VSC Ângulo alfa do CSC
Tensão trifásica na rede CA
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 66
Dispositivos Semicondutores
Era do Silício
•O tiristor baseado em silício parece ter chegado ao seu 
limite em termos de tensão e corrente. O aumento da 
potência dos elos CC será obtida pelo aumento da tensão 
do elo, o que implica em válvulas com maior tensão, ou 
maior número de componentes.
•O IGBT também chegou em seu limite, mas o MMC pode 
permitir aumento significativo na potência do conversor ao 
custo de controle mais complexo.
Dispositivos Semicondutores
Era do Silício
•O tiristor baseado em silício parece ter chegado ao seu 
limite em termos de tensão e corrente. O aumento da 
potência dos elos CC será obtida pelo aumento da tensão 
do elo, o que implica em válvulas com maior tensão, ou 
maior número de componentes.
•O IGBT também chegou em seu limite, mas o MMC pode 
permitir aumento significativo na potência do conversor ao 
custo de controle mais complexo.
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 67
Era do SiC (Carboneto de Silício – Silicon Carbide)
•Não serve para fazer tiristores ou IGBT porque a tensão de 
junção é muito alta.
•Serve para fazer transistores do tipo MOS (Metal Oxido 
Semicondutor) com características excepcionais:
• Frequência de chaveamento na casa de 50 a 100 kHz
• Temperatura de operação até 200° C
• Baixas perdas (30% do IGBT)
•Problemas: maior MOS está na casa de 1200V / 75A
Era do SiC (Carboneto de Silício – Silicon Carbide)
•Não serve para fazer tiristores ou IGBT porque a tensão de 
junção é muito alta.
•Serve para fazer transistores do tipo MOS (Metal Oxido 
Semicondutor) com características excepcionais:
• Frequência de chaveamento na casa de 50 a 100 kHz
• Temperatura de operação até 200° C
• Baixas perdas (30% do IGBT)
•Problemas: maior MOS está na casa de 1200V / 75A
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 68
E o futuro?
•Novas topologias de circuitos:
• MMC
• Sistemas Híbridos
•Novas técnicas de controle:
• Smart Grid
• Transmissão CA Segmentada
• Etc...
E o futuro?
•Novas topologias de circuitos:
• MMC
• Sistemas Híbridos
•Novas técnicas de controle:
• Smart Grid
• Transmissão CA Segmentada
• Etc...
Transmissão em Corrente Contínua
em Ultra-Alta Tensão 69
Obrigado!Obrigado!