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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL Reunião do Projeto UAT Abrigado - Redes | Out 20151

Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL

Autor/apresentadorÁrea

Título do trabalho


Projeto 1882 - Lab UAT Abrigado - Redes

Estudo de Múltiplas Alimentações CCAT

no Sistema Interligado Nacional

DC Multi-infeed no SIN


Motivação• Em futuro próximo o SIN estará diante da situação de múltiplas alimentações CCAT (“DC Multi-infeed”) na região Sudeste.• Hoje: convergência de 4 bipolos CCAT (2 de Itaipu + 2 do Projeto Rio Madeira)• 2017: entrada do 1º bipolo CCAT de Belo Monte.• 2020: entrada do 2º bipolo CCAT de Belo Monte, totalizando 6 bipolos chegando no Sudeste.• Apesar dos dois últimos bipolos poderem operar de forma bidirecional, boa parte do tempo estes estarão transmitindo do N para SE.• Nessa situação estes bipolos estarão injetando cerca de 20 GW no SE, no sistema de aproximadamente 120 GW (2020), e a perda temporária desta injeção pode resultar num problema sistêmico

Lab UAT Abrigado - Redes



MeloBtB

500 MW

GarabiBtB

2 x 1100 MW

Itaipu± 600kV – 800km

2 x 3150 MW

Belo Monte BP1± 800kV – 2092km

4000 MW Belo Monte BP2± 800kV – 2439km

4000 MW

Em operação

Em construção

Madeira± 600kV – 2375km

2 x 3150 MWBtB

2 x 400 MW

Projetos de HVDC no SIN

Sistemas HVDC no SIN em

2020



MeloBtB

500 MW

GarabiBtB

2 x 1100 MW


2 x 3150 MW



4000 MW


2 x 3150 MWBtB

2 x 400 MW

Sistemas HVDC no SIN em

2020

DC Multi-infeed

Em operação

Em construção



Objetivo• O principal objetivo deste projeto é a avaliação de possíveis interações entre os elos CCAT em operação no SIN, motivadas seja pela ação de controle de cada um deles, seja pelo acoplamento elétrico, via rede em corrente alternada, entre seus terminais.



Atividades• Levantamento dos conceitos atualizados (Bibliografia).• Análise dos controles CC dos bipolos existentes (Itaipu e Madeira), e avaliação dos possíveis controles dos bipolos futuros (Belo Monte).• Investigação no âmbito da análise de estabilidade eletromecânica: - Determinar as redes (cenários) a serem analisadas; - Preparar casos de fluxo de potência dessas redes (ANAREDE); - Realizar simulações de estabilidade (ANATEM).• Investigação no âmbito da análise de transitórios eletromagnéticos: - Determinar as redes (cenários) a serem analisados, assim como a ferramenta a adotar (PSCAD ou ATP); - Preparar dados das redes selecionadas no programa adotado; - Realizar simulações.

• Identificar os problemas apresentados que estão associados à questão do DC Multi-infeed. Sugerir possíveis soluções, testando-as nas simulações.



Possíveis problemas associados a DC multi-infeed:•Possíveis problemas associados a DC multi-infeed: - interação adversa entre os controles CC; - múltiplas falhas de comutação (induzidas entre os elos); - fenômenos associados à proximidade das barras conversoras CA; - dificuldade de recuperação dos bipolos após contingências; - propagação de defeitos internos de um elo CCAT nos demais.



Resultados (Conceitos e Fluxo de Potência - ANAREDE)

• Relatório Técnico “Pesquisa Bibliográfica sobre DC Multi-infeed: Conceitos e Experiência Mundial”

• Conjunto dos casos-base para a investigação do DC Multi-infeed no SIN, a partir do PD2023 (2014-2023): - Caso 1: 2020, LEV e N-Exp

- despacho pelo CCAT de Itaipu aumentado- Angra 3 já considerado fora originalmente no PDE - Variantes: sem Angra 2 - Caso 1A

com Angra 2 - Caso 1B - Caso 2: 2020, PES e N-Exp - Caso 3: 2020, PES e N-Imp (CCAT BM do SE para N, e Mad

baixo)



Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)

• Contingências simuladas: faltas nas barras conversoras (inversores: Ibiuna, Araraquara, T.Minas e T.Rio), no seu entorno, faltas DC e perdas de polo ou bipolo. • Modelo da falha de comutação aproximado.• Em resumo: Na ocorrência de falhas de comutação simultâneas, todos os bipolos se recuperam com sucesso, no modelo matemático do ANATEM, sem resultar em instabilidade eletromecânica. Dentre os bipolos existentes, foi identificada maior fragilidade naqueles conectados em Araraquara (Rio Madeira).



Simulações Dinâmicas – Contingências•Perda Bipolo Foz - Ibiuna•Perda Bipolo P.Velho – Araraquara (ALSTON)•Perda Bipolo P.Velho – Araraquara (ABB)•Perda Bipolo Xingu - Estreito•Perda Bipolo Xingu – T.Rio•Curto na Barra AC da Conversora de Ibiuna – Perda da LT Ibiuna – Interlagos 345 kV•Curto na Barra AC da Conversora de Araraquara – Perda da LT Araraquara – Itatiba 500 kV•Curto na Barra AC da Conversora de Estreito – Perda da LT Estreito – C.Paulista 500 kV•Curto na Barra AC da Conversora de T.Rio – Perda da LT T.Rio – N.Iguaçu 500 kV•Curto na Barra de Bateias – Perda da LT. Ibiuna - Bateias 500 kV•Curto na Barra de Campinas – Perda da LT. Campinas – Araraq2 500 kV•Curto na Barra de Fernão Dias – Perda da LT. Fernão Dias – Araraquara 500 kV•Curto na Barra de Adrianópolis – Perda da LT. Adrianópolis – S.José 500 kV



Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• Defeito Monofásico em Araraquara com abertura da LT Araraquara – Itatiba 500 kV


FALTA


Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• Defeito Monofásico em Araraquara com abertura da LT Araraquara – Itatiba 500 kV


FALTAFALTA


Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• Ordem de grandeza dos Tempos de Recuperação


BipoloTempo de recuperação

(ms) – 10 a 90%Madeira ABB 120

Madeira AREVA 140Itaipu 400

BeloMonte 1 80BeloMonte 2 90


Tempo de recuperação na Potência do BipoloCurto Monofásico na Barra de 500 kV de T.Rio e Perda do Circuito T.Rio – N.Iguaçu C1 500 kV



Resultados (Curto-circuito - ANAFAS)• SCR e ESCR para o Cenário 1A (2020, LEV, N-Exp e sem Angra2)


CASO 1A - NORTE EXPORTADOR LEVE 2020

Barra Pcc 3F (MVA) Pdc (MW) Qf (Mvar) SCR ESCR

Ibiuna (Itaipu) 22540 5003 2098 4,50 4,09

Araraquara (Madeira) 22730 5589 2756 4,07 3,57

T. Rio (B.Monte2) 17930 3786 1600 4,74 4,31

Estreito (B.Monte1) 23400 3755 1600 6,23 5,81


Possíveis melhorias:• Muito embora não haja necessidade do ponto de vista de estabilidade, partiu-se para verificar o que poderia ser melhorado para reduzir a ocorrência da probabilidade de falta de comutação.• Operação com γ mais elevado: não seria possível nos bipolos já existentes.• Inserção de novos compensadores síncronos nas barras conversoras, considerando o indicativo da EPE:- 3 em Araraquara 500 kV (3 x -150/+300 MVAr) e - 2 em Terminal Rio (2 x -75/+150 MVAr)



Simulações Dinâmicas – Resultados – TensãoCurto Monofásico na Barra de 500 kV de Araraquara e Perda do

Circuito Araraquara – Itatiba C1 500 kVNovos síncronos: Vermelho = SEM / Azul = COM



Simulações Dinâmicas – Resultados – Falha ComutaçãoCurto Monofásico na Barra de 500 kV de Estreito e Perda do

Circuito Estreito – C.Paulista C1 500 kVNovos síncronos: Vermelho = SEM / Azul = COM



Simulações Dinâmicas – Resultados – Recuperação Potência Bipolo – Cenário 1A


Defeito Tempos de Recuperação (ms)

ABB ALSTOM IBI UNA ESTREITO T. Rio

IBIUNA 138/134 142/140 440/442 80/62 115/84

ARARAQUARA 119/96 140/87 330/272 75/77 80/87

ESTREITO 128/124 133/0 275/274 80/80 79/78

T.RIO 140/136 150/146 291/293 75/75 92/90


Resultados (Análise de Estabilidade - ANATEM)• SCR para o Cenário 1A (Norte Exp Leve 2020 e sem Angra2)


SCR – Cenário 1A - NORTE EXPORTADOR LEVE 2020

Barra Sem Síncronos Com Síncronos

SCR ESCR SCR ESCR

Ibiuna (Itaipu) 4,50 4,09 4,58 4,16

Araraquara (Madeira) 4,07 3,57 4,62 4,12

T. Rio (B.Monte2) 4,74 4,31 5,18 4,76

Estreito (B.Monte1) 6,23 5,81 6,37 5,94


Índices Preditivos Multi-infeed• MISCR ( Multi-infeed Interaction SCR)

Scci = Potência de curto circuito da barra inversora iPdci = Potência do elo CCAT iMIIF j,i = Acoplamento elétrico entre as barras inversoras i, j

• Sensibilidade com a inclusão de síncronos:• Araraquara: 3 x ( -270/300 MVar)• Terminal Rio: 2 x (-75/150 MVar)


)( , jj

iji

ii

PdcMIIFPdcScc

MISCR



Índices Preditivos Multi-infeed• MISCR para o Cenário 1A

MISCR - Cenário 1A - NORTE EXPORTADOR LEVE 2020

Barra Sem Síncronos Com Síncronos

Ibiúna 2.40 2.62

Araraquara 2.20 2.62

Terminal Rio 2.29 2.60

Estreito 2.52 2.80


Resultados (Análise de Transitórios Eletromagnéticos)

• Para a investigação de transitórios: escolheu-se o ATP Motivo: Automação para montar a rede equivalente

• Cenário Inicial: Caso 1A Ano 2020, Carga Leve, Norte Exportador Despacho pelo CCAT de Itaipu aumentado Sem Angra 2 e sem Angra 3





Belo Monte

Madeira

Itaipu

Rede CA N/NE

Interligação Norte-Sul

Rede CA SE/CO

Identificação da rede

equivalente




Compatibilização dos dados de curto e flow

base de dados EPE (PD2023)

topologia da rede

parâmetros dos circuitos

montante de geração


equivalente

Preparação dos casos

deFlow e Curto





equivalente


deFlow e Curto

Equivalentede Curto

ANAFAS





equivalente


deFlow e Curto

Equivalentede Curto

Equivalentede Flow

ANAFAS ANAREDE

EquivalenteANAREDE

(3 etapas)

(barras retidas)

Imped. Transferência

(ANAFAS)

(ANAFAS)

Área de Interesse

Imped. Própria

Ajuste de tensão das

fontes equivalentes





equivalente


deFlow e Curto

Equivalentede Curto

Equivalentede Flow

ANAFAS ANAREDE

RedeATP

(Imped. Transferência e Próprias)

(Ajustes das Fontes Internas)

DadosATP

(LT / TR / HVDC)


Cronograma• Etapa 1 (Estabilidade eletromecânica)


Item Descrição das atividadesMês

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Levantamento dos conceitos

2 Definição dos cenários e casos

3 Produção dos casos de fluxo de potência (ANAREDE

4 Análise dos modelos de elos CCAT

5 Realização das simulações do SIN em situações de multi-infeed DC (com ANATEM)

6 Investigação e desenvolvimento de possíveis soluções para os problemas identificados

7 Realização de novas simulações para verificação da eficiência das soluções propostas

8 Relatório final


Cronograma• Etapa 2 (Transitórios Eletromagnéticos)


Item Descrição das atividadesMês

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1 Levantamento das investigações mais recentes

2 Avaliação das possíveis situações de multi-infeed DC no SIN

3 Determinação das redes equivalentes para os cenários críticos identificados

4Análise dos modelos de elos CCAT disponíveis para programas de transitórios eletromagnéticos e escolha da ferramenta a ser utilizada, ATP ou PSCAD

5 Implementação das redes equivalentes definidas

6Análise das interações entre os diversos elos de corrente contínua através da simulação de defeitos sistêmicos e defeitos internos aos elos

7Investigação de possíveis soluções caso venha a ser identificada alguma dificuldade para operação do sistema na configuração multi-infeed

8 Produção do relatório final.


Proposta para trabalho futuro (2016...) • Analisar os cenários indicados pela EPE com a introdução de novos elos CCAT (após 2021):

(atendimento de cenários extremos, considerando geração eólica no NE)

► ±800kV, 4000MW, PDutra-Silvania

► ± 800kV, 4000MW, Parauapebas-Assis

(escoamento das usinas do Tapajós) ► 2 x ± 800kV, 4000MW, Tapajós-...




MeloBtB

500 MW

GarabiBtB

2 x 1100 MW


2 x 3150 MW



4000 MW

Bipole A± 800kV – 2018km

4000 MW

Bipole B± 800kV – 1458km

4000 MW

Tapajos± 800kV

2 x 4000 MW

Em operação

Em construção

Planejados


2 x 3150 MWBtB

2 x 400 MW



Equipe

• Antonio Ricardo Carvalho• Fabiola Veliz• Fabricio Lirio• Flávio Rodrigo• Leonardo Pinto de Almeida


• Luciano Daniel• Mario Herdade• Roberto Perret• Rogerio Azevedo• Wo Wei Ping


Obrigado pela atenção !Obrigado pela atenção !Wo Wei Ping – Wo Wei Ping – [email protected]

Leonardo P. de Almeira – Leonardo P. de Almeira – [email protected]


mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

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