Estação conversora HVDC - HVDC converter station

Estação Dorsey em Manitoba , Canadá

Uma estação conversora HVDC (ou simplesmente estação conversora ) é um tipo especializado de subestação que forma o equipamento terminal para uma linha de transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC). Ele converte a corrente contínua em corrente alternada ou vice-versa. Além do conversor , a estação geralmente contém:

  • engrenagem de corrente alternada trifásica
  • transformadores
  • capacitores ou condensadores síncronos para energia reativa
  • filtros para supressão harmônica, e
  • engrenagem de interruptor de corrente contínua.

Componentes

Conversor

Sala de válvulas na estação conversora de Henday, parte do Sistema de Transmissão Nelson River DC no Canadá .

O conversor é geralmente instalado em um prédio chamado hall de válvulas . Os primeiros sistemas HVDC usavam válvulas de arco de mercúrio , mas desde meados da década de 1970, dispositivos de estado sólido, como tiristores, têm sido usados. Os conversores que usam tiristores ou válvulas de arco de mercúrio são conhecidos como conversores comutados em linha . Em conversores baseados em tiristores, muitos tiristores são conectados em série para formar uma válvula tiristor, e cada conversor normalmente consiste em seis ou doze válvulas tiristoras. As válvulas tiristoras são geralmente agrupadas em pares ou grupos de quatro e podem ficar em isoladores no chão ou pendurados em isoladores no teto.

Os conversores comutados de linha requerem tensão da rede CA para a comutação, mas desde o final da década de 1990, conversores com fonte de tensão começaram a ser usados ​​para HVDC. Os conversores com fonte de tensão usam transistores bipolares de porta isolada em vez de tiristores, e eles podem fornecer energia para um sistema CA desenergizado.

Quase todos os conversores usados ​​para HVDC são intrinsecamente capazes de operar com conversão de energia em qualquer direção. A conversão de energia de CA para CC é chamada de retificação e a conversão de CC para CA é chamada de inversão .

Equipamento DC

Terminação do cabo HVDC e reator de suavização DC no link HVDC do Cabo Báltico .

O equipamento de corrente contínua geralmente inclui uma bobina (chamada de reator ) que adiciona indutância em série com a linha CC para ajudar a suavizar a corrente contínua. A indutância normalmente atinge entre 0,1 H e 1 H. O reator de alisamento pode ter um núcleo de ar ou um núcleo de ferro. As bobinas com núcleo de ferro parecem transformadores de alta tensão preenchidos com óleo. As bobinas de alisamento do núcleo de ar se parecem, mas são consideravelmente maiores do que as bobinas do choke de frequência portadora em linhas de transmissão de alta tensão e são suportadas por isoladores . As bobinas de ar têm a vantagem de gerar menos ruído acústico do que as bobinas de núcleo de ferro, eliminam o risco ambiental potencial de óleo derramado e não saturam sob condições de falha de alta corrente transitória . Esta parte da planta também conterá instrumentos para medição de corrente contínua e tensão.

Filtros especiais de corrente contínua são usados ​​para eliminar a interferência de alta frequência. Esses filtros são necessários se a linha de transmissão usar técnicas de comunicação por linha de energia para comunicação e controle ou se a linha aérea passar por áreas povoadas. Esses filtros podem ser filtros LC passivos ou filtros ativos, constituídos por um amplificador acoplado através de transformadores e capacitores de proteção, que dão um sinal defasado ao sinal de interferência na linha, cancelando-o. Esse sistema foi usado no projeto Baltic Cable HVDC.

Transformador conversor

Um transformador conversor monofásico de três enrolamentos.

Os transformadores conversores aumentam a tensão da rede de alimentação CA. Usando uma conexão estrela-delta ou " estrela-delta " dos enrolamentos do transformador, o conversor pode operar com 12 pulsos para cada ciclo na alimentação CA, o que elimina vários componentes de corrente harmônica. O isolamento dos enrolamentos do transformador deve ser especialmente projetado para suportar um grande potencial CC para a terra. Os transformadores conversores podem ser construídos com até 300 Mega volt amperes ( MW ) como uma única unidade. É impraticável transportar transformadores maiores, então, quando classificações maiores são necessárias, vários transformadores individuais são conectados juntos. Podem ser usadas duas unidades trifásicas ou três unidades monofásicas. Com a última variante, apenas um tipo de transformador é usado, tornando o fornecimento de um transformador sobressalente mais econômico.

Os transformadores conversores operam com etapas de potência de alto fluxo nas quatro etapas do conversor por ciclo e, portanto, produzem mais ruído acústico do que os transformadores de potência trifásicos normais. Este efeito deve ser considerado na localização de uma estação conversora HVDC. Podem ser aplicados gabinetes de redução de ruído.

Potência reativa

Quando conversores comutados em linha são usados, a estação conversora exigirá entre 40% e 60% de sua classificação de potência como potência reativa. Isso pode ser fornecido por bancos de capacitores comutados ou por condensadores síncronos , ou se uma estação de geração de energia adequada estiver localizada perto da planta de inversor estático, os geradores na estação de energia. A demanda por energia reativa pode ser reduzida se os transformadores do conversor tiverem comutadores em carga com uma faixa suficiente de taps para controle de tensão CA. Alguns dos requisitos de energia reativa podem ser fornecidos nos componentes do filtro harmônico.

Os conversores com fonte de tensão podem gerar ou absorver energia reativa e real, e geralmente não é necessário equipamento adicional de energia reativa.

Filtros harmônicos

Filtros harmônicos são necessários para a eliminação das ondas harmônicas e para a produção da potência reativa em estações conversoras comutadas de linha. Em plantas com seis conversores comutados por linha de pulso, filtros harmônicos complexos são necessários porque existem harmônicos ímpares das ordens 6 n + 1 e 6 n - 1 produzidos no lado CA e harmônicos pares da ordem 6 n no lado CC. Em estações conversoras de 12 pulsos, resultam apenas tensões ou correntes harmônicas da ordem 12 n + 1 e 12 n - 1 (no lado CA) ou 12 n (no lado CC). Os filtros são ajustados para as frequências harmônicas esperadas e consistem em combinações em série de capacitores e indutores.

Os conversores com fonte de tensão geralmente produzem harmônicos de menor intensidade do que os conversores comutados em linha. Como resultado, os filtros harmônicos são geralmente menores ou podem ser totalmente omitidos.

Além dos filtros harmônicos, também são fornecidos equipamentos para eliminar sinais espúrios na faixa de frequência de equipamentos portadores de linha de alimentação na faixa de 30 kHz a 500 kHz. Esses filtros geralmente estão próximos ao terminal de corrente alternada do transformador do inversor estático. Eles consistem em uma bobina que passa a corrente de carga, com um capacitor paralelo para formar um circuito ressonante.

Em casos especiais, pode ser possível usar exclusivamente máquinas para gerar a potência reativa. Isso é realizado no terminal do HVDC Volgograd-Donbass situado na Estação Hidrelétrica do Volga .

Aparelhagem AC

O mecanismo de comutação trifásico de corrente alternada de uma estação conversora é semelhante ao de uma subestação CA. Ele conterá disjuntores para proteção de sobrecorrente dos transformadores do conversor, chaves de isolamento, chaves de aterramento e transformadores de instrumento para controle, medição e proteção. A estação também terá pára-raios para proteção do equipamento AC de picos de raios no sistema AC.

Outras

Área necessária

A área necessária para uma estação conversora é muito maior do que um transformador convencional, por exemplo, um local com uma taxa de transmissão de 600 megawatts e uma tensão de transmissão de 400 kV é de aproximadamente 300 x 300 metros (1000 x 1000 pés). As usinas de baixa tensão podem exigir um pouco menos de área de solo, uma vez que menos espaço livre seria necessário em torno dos equipamentos externos de alta tensão.

Fatores de localização

Estações conversoras produzem ruído acústico. As estações conversoras podem gerar níveis graves de interferência de radiofrequência, portanto, inclua recursos de design para controlar essas emissões. As paredes podem fornecer proteção contra ruído. Como acontece com todas as subestações CA, o óleo do equipamento deve ser impedido de contaminar as águas subterrâneas em caso de derramamento. Pode ser necessária uma área substancial para linhas de transmissão aéreas, mas pode ser reduzida se o cabo subterrâneo for usado.

Veja também

Referências