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.