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XXV SEMINÁRIO NACIONAL DE PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE ENERGIA ELÉTRICA
BELO HORIZONTE - MG
10 A 13
NOVEMBRO/2019
2019 - EXPOMINAS
Grupo: GAT
Tema: Métodos, Modelos e Ferramentas para Estudos de Sistemas de Potência Envolvendo:
Título: Avaliação da Representação de Conversores de Aerogeradores Full Converter Em Estudos de Transitórios Eletromagnéticos
Autores: Rodrigo Bezerra Valença(1); Alvaro Jose Pessoa Ramos(1); Jose Sandro Valença do Nascimento Filho(1); Deibson Jose Gomes de Sena(1); Carmem Lucia Tavares(1); Raissa(1)
Instituições: ANDESA(1);
Resumo: A modelagem de parques eólicos em estudos de transitórios eletromagnéticos no sistema elétrico
brasileiro apresenta grandes desafios devido a quantidade de parques eólicos em operação,
notadamente na região Nordeste do Brasil onde existe uma grande concentração de parques eólicos
em subestações próximas. Um exemplo disso é a região de João Câmara, onde na subestação de
João Câmara III está prevista a conexão de 1,4GW de geração eólica. A maioria dos parques eólicos
em operação na região Nordeste é composta por aerogeradores dos tipos DFIG e Full Converter. Os
aerogeradores DFIG possuem o estator da máquina assíncrona, diretamente conectado a rede, e o
rotor interligado a rede através de um conversor, que geralmente possui 30% da potência total do
aerogerador. O aerogerador do tipo Full-converter se conecta a rede através de um conversor com a
mesma potência nominal do gerador. A representação destes inúmeros conversores em estudos de
transitórios eletromagnéticos se mostra um desafio adicional devido a grande quantidade de
elementos necessários à representação das pontes IGBT, como chaves controladas e diodos em
antiparalelo, além da representação da lógica PWM dentro modelo que ocasiona uma carga adicional
de tempo de processamento. Assim, frequentemente são utilizados modelos agregados de parques
eólicos, onde se utiliza apenas um aerogerador para reproduzir o desempenho de todo o parque
eólico e um modelo equivalente da rede de média tensão com o objetivo de reduzir o esforço
computacional da representação dos inúmeros circuitos de conexão na realização de estudos de
transitórios eletromagnéticos. O presente trabalho se propõe a avaliar os impactos de diferentes
representações dos conversores nas simulações de transitórios eletromagnéticos utilizando o
programa ATP. Será utilizada a representação de um parque eólico composto por 14 aerogeradores
Full-Converter em detalhes, ou seja, todos os conversores representados individualmente por suas
chaves de comutação, pulsos, lógica PWM, barramento DC, Chopper e filtros AC, esta será
considerada como representação BASE. Serão avaliadas duas representações alternativas
para os conversores: A) Representação dos conversores por uma tensão controlada, que é exatamente a
tensão de referência entregue pelo controle. Nesta representação, a tensão aplicada não irá possuir
nenhum conteúdo harmônico por não ser resultado de comutação de chaves. Com esta
representação, espera-se ter uma grande redução no tempo de processamento, mas sendo
necessário avaliar o impacto desta representação nos resultados obtidos em relação à representação
BASE. B) Representação dos conversores por tensão controlada, que é calculada através das
equações matemáticas do conversor, onde os estados das chaves definem as tensões a serem
aplicadas. Nesta representação, não existe um conversor representado detalhadamente no programa
ATP, a tensão resultante tende a ser a mesma do conversor real, mas desprezando-se as quedas de
tensão das chaves e tempo morto na simulação. Com esta representação espera-se aliar uma
representação mais fiel a representação BASE, mas com tempo de processamento reduzido. A
avaliação das simulações terá foco no impacto à rede básica e serão concentradas nos barramentos
de 150kV e 31,5kV do parque eólico. Serão avaliadas tensões e correntes destes barramentos com o
parque eólico gerando potência máxima. As simulações de energização de transformadores e
afundamento de tensão serão realizadas para comparar as alternativas. Com o objetivo de realizar
uma avaliação quantitativa das grandezas simuladas será utilizado o desvio médio quadrático como
figura de mérito de avaliação das representações. O trabalho proposto poderá mostrar uma
avaliação bastante ampla da representação de conversores em estudos de transitórios
eletromagnéticos utilizando o programa ATP com foco nos impactos na rede básica.