BR102013024576A2 - Sistema de transmissão de potência, parque eólico e método para operar um sistema de transmissão de potência - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, PARQUE EÓLICO E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA Trata-se de um parque eólico em alto mar que inclui uma pluralidade de turbinas eôlicas (6) conectadas a uma estação conversora em terra firme por meio de um sistema de transmissão de potência distribuído. O sistema de transmissão de potência inclui uma série de plataformas conversoras em alto mar (2, 2') distribuídas dentro do parque eólico. Cada plataforma conversora (2, 2') inclui uma barra de distribuição (4, 4') que transporta uma tensão CA para a plataforma conversora e à qual as turbinas eólicas (6) são conectadas. Cada plataforma conversora (2, 2') também inclui um ou mais transformadores conversores (121... 2P, 2'1... 2p) conectados à barra de distribuição (4, 4') e uma série de um ou mais módulos conversores (18i... 18p, 8'1... 18p,). O sistema de transmissão de potência inclui linhas de transmissão CC (26, 28) que entregam a potência gerada de volta para a estação conversora em terra firme.
Description
“SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, PARQUE EÓLICO E MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA” Descrição Campo da Técnica A invenção refere-se a sistemas de transmissão de potência e, em particular, a um sistema de transmissão de potência distribuído, modular e de excelente custo-benefício que pode ser usado com dispositivos geradores de energia como, por exemplo, turbinas eólicas.
Antecedentes da Técnica É possível converter energia eólica em energia elétrica pelo uso de uma turbina eólica para acionar o rotor de um gerador. Uma pluralidade de turbinas eólicas pode ser conectada junta em agrupamentos para formar um parque eólico.
Existe uma tendência crescente para que parques eólicos sejam localizados em alto mar devido a problemas e preocupações ambientais. Nesta situação, a potência gerada pelas turbinas eólicas precisa ser transmitida para a terra e isso normalmente é conseguido pelo uso de cabos submarinos. Tais cabos submarinos podem fazer uso de transmissão de potência de corrente contínua em alta tensão (HVDC).
Em um sistema de transmissão de potência ponto a ponto convencional do tipo mostrado na Figura 1, os agrupamentos de turbina eólica 102 são conectados às plataformas coletoras em alto mar 104 e 104'. Cada plataforma coletora 104, 104' inclui uma barra de distribuição 106, 106' que é conectada à barra de distribuição 108 de uma plataforma conversora em alto mar separada 110. A conexão entre as barras de distribuição 106, 106' das plataformas coletoras e a barra de distribuição 108 da plataforma conversora 110 é por meio de cabeamento CA de Tensão Média (MV) ou Alta Tensão (HV) 112 e transformadores de soma 114, 114' que são fornecidos nas plataformas coletoras em alto mar. A plataforma conversora em alto mar 110 inclui um conversor CA/CC 116 que tem terminais CA que são conectados à barra de distribuição 108 por meio de um transformador conversor 118 e terminais CC que são conectados às extremidades a montante da primeira e da segunda linhas de transmissão CC 120a, 120b implantadas como cabeamento CC HV. As extremidades a jusante da primeira e da segunda linhas de transmissão CC 120a, 120b são conectadas à barra de distribuição 122 de uma estação conversora em terra firme 124 por meio de um conversor CC/CC 126. Em particular, os terminais CC do conversor CC/CC 126 são conectados à primeira e à segunda linhas de transmissão CC 120a, 120b e os terminais CA do conversor CC/CC são conectados à barra de distribuição 122 por meio de um transformador conversor 128. A barra de distribuição 122 é, então, conectada a uma rede pública.
Descrição Resumida da Invenção A presente invenção fornece um sistema de transmissão de potência que compreende uma série de duas ou mais plataformas conversoras distribuídas dentro de uma área, sendo que cada plataforma conversora inclui: (i) uma barra de distribuição que transporta uma tensão CA para a plataforma conversora e conectável a um ou mais dispositivos, (ii) um ou mais transformadores conversores conectados á barra de distribuição e (iii) uma série de um ou mais módulos conversores, sendo que cada módulo conversor tem (a) terminais CA conectado a um respectivo dentre os transformadores conversores e (b) primeiro e segundo terminais CC; em que, para a primeira plataforma conversora na série, o primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série é conectado a uma primeira linha de transmissão CC; em que, para cada plataforma conversora diferente da última plataforma conversora na série, o segundo terminal CC do último módulo conversor na série é conectado ao primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série da próxima plataforma conversora na série por meio de uma linha de conexão CC; e em que, para a última plataforma conversora na série, o segundo terminal CC do último módulo conversor na série é conectado a uma segunda linha de transmissão CC.
Na prática, o sistema de transmissão de potência pode ter n plataformas conversoras, onde n>2 e é selecionado em relação ao projeto do sistema em geral e requisitos de transmissão. Eu sua disposição mais básica, o sistema de transmissão de potência pode compreender uma primeira plataforma conversora e uma segunda plataforma conversora (isto é, n=2). A primeira plataforma conversora será a primeira plataforma conversora na série e a segunda plataforma conversora será a última plataforma conversora na série.
Cada plataforma conversora pode incluir um único transformador conversor conectado à barra de distribuição e um único módulo conversor que tem terminais CA conectados ao transformador conversor. O único módulo conversor será o primeiro e o último módulo conversor na série. Alternativamente, cada plataforma conversora pode incluir dois ou mais transformadores conversores e uma série de dois ou mais módulos conversores. Os módulos conversores são preferencialmente conectados entre si com o segundo terminal CC de cada módulo conversor diferente do último módulo conversor na série que é conectado ao primeiro terminal CC do próximo módulo conversor na série. Por exemplo, se os três módulos conversores são fornecidos em uma plataforma conversora em particular, então, o primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série é conectado à primeira linha de transmissão CC ou a uma linha de conexão CC conforme apropriado, o segundo terminal CC do primeiro módulo conversor é conectado ao primeiro terminal CC do segundo módulo conversor e o segundo terminal CC do segundo módulo conversor é conectado ao primeiro terminal CC do terceiro módulo conversor. Será imediatamente compreendido que se a plataforma conversora é a primeira plataforma conversora na série, então, o primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor será conectado à primeira linha de transmissão CC. Entretanto, se a plataforma conversora é uma plataforma conversora intermediária, então, a conexão será a uma linha de conexão CC. O segundo terminal CC do terceiro módulo conversor, sendo que o último módulo conversor na série é conectado à segunda linha de transmissão CC ou a uma linha de conexão CC conforme apropriado. Será imediatamente compreendido que, se a plataforma conversora é a última plataforma conversora na série, então, a conexão será à segunda linha de transmissão CC. Entretanto, se a plataforma conversora é uma plataforma conversora intermediária, então a conexão será a uma linha de conexão CC. As plataformas conversoras adjacentes na série são, portanto, conectadas entre si por uma linha de conexão CC.
Na disposição básica onde n=2, então, para a primeira plataforma conversora, o primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série é conectado à primeira linha de transmissão CC e o segundo terminal CC do último módulo conversor na série é conectado ao primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série para a segunda plataforma conversora por meio de uma linha de conexão CC. Em uma disposição alternativa onde n=3, então, o sistema de transmissão de potência irá incluir uma primeira plataforma conversora, uma segunda plataforma conversora e uma terceira plataforma conversora. A primeira plataforma conversora será a primeira plataforma conversora na série, a segunda plataforma conversora será uma plataforma conversora intermediária e a terceira plataforma conversora será a última plataforma conversora na série. Para a primeira plataforma conversora, o primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série é conectado à primeira linha de transmissão CC e o segundo terminal CC do último módulo conversor na série é conectado ao primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série para a segunda plataforma conversora por meio de uma primeira linha de conexão CC. Para a segunda plataforma conversora, o segundo terminal CC do último módulo conversor na série é conectado ao primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor na série para a terceira plataforma conversora por meio de uma segunda linha de conexão CC. Para a terceira plataforma conversora, então, o segundo terminal CC do último módulo conversor na série é conectado à segunda linha de transmissão CC.
Será imediatamente compreendido que plataformas conversoras adicionais podem ser conectadas entre si de uma maneira similar.
Os dispositivos que são conectados às barras de distribuição das plataformas conversoras em uso podem ser dispositivos geradores de energia como turbinas eólicas, turbinas submarinas e outros dispositivos de energia renovável que extraem energia das ondas ou fluxos das marés. Neste caso, a direção do fluxo de potência é normalmente a partir dos dispositivos geradores de energia para as linhas de transmissão CC, mas a potência pode ser suprida aos dispositivos geradores de energia em certas circunstâncias. Os dispositivos também podem ser dispositivos consumidores de energia ou cargas. Neste caso, a direção do fluxo de potência é a partir das linhas de transmissão CC para os dispositivos consumidores de energia ou cargas. Um exemplo prático seria um sistema de transmissão de potência que supre potência para plataformas conversoras que formam parte de uma plataforma de produção de óleo e gás ou uma plataforma de produção de gás natural liquefeito (LNG) onde as cargas podem incluir diferentes tipos de maquinário de usinagem e equipamento. O sistema de transmissão de potência também pode ser usado como uma fonte de potência auxiliar confiável para dispositivos geradores de energia que são comissionados ou instalados. Um número e/ou tipo diferente de dispositivo pode ser conectado à barra de distribuição de cada plataforma conversora. O sistema de transmissão de potência pode ser uma disposição unipolo ou bipolo conforme necessário. Quaisquer niveis de tensão CA convenientes (conforme transportado pelas barras de distribuição da plataforma conversora) e quaisquer níveis de tensão CC conveninentes e polaridade podem ser empregados pelo sistema de transmissão de potência. Os seguintes valores são fornecidos somente como exemplo e não devem ser considerados como limitações: • As linhas de conexão CA (ou cabeamento em campo) que conectam os dispositivos à barra de distribuição de cada plataforma conversora podem operar entre 33 kV e 77 kV dependendo da capacidade proposta e do comprimento da cadeia de interconexão. • As linhas de transmissão CC e linhas de conexão CC podem operar em uma tensão de transmissão CC de até cerca de 320 kV dependendo dos requisitos de capacidade de transmissão proposta. • As linhas de conexão CA que conectam juntos opcionalmente as barras de distribuição (ver abaixo) podem operar em uma tensão de interligação CA que é amplamente determinada pela distância de separação e capacidade da plataforma. Geralmente, uma capacidade de interligação de cerca de 30% a 40% da capacidade instalada é considerada adequada para a maioria das aplicações. • O sistema de transmissão de potência pode fornecer capacidades de até cerca de 500 MW por plataforma conversora. A flexibilidade do sistema de transmissão de potência significa que somente uma das plataformas conversoras e parte da estação conversora precisam estar completas antes de a potência poder ser entregue à (ou a partir da) rede pública. O uso de duas ou mais plataformas conversoras separadas fornece um grau de degradação gradual e redundância e permite que o sistema de transmissão de potência seja estendido durante fases de desenvolvimento separadas. A infraestrutura para o sistema de transmissão de potência na forma de cabeamento, etc. poderia ser instalada antecipadamente para permitir que plataformas conversoras adicionais sejam facilmente instaladas em uma data posterior.
As plataformas conversoras podem ser separadas fisicamente por até diversos quilômetros. Pelo menos uma das plataformas conversoras pode estar localizada em alto mar e a estação conversora (ver abaixo) pode estar localizada em terra firme. O sistema de transmissão de potência é, preferencialmente, “modularizado” (isto é, compreendem unidades modulares ou padronizadas) para facilitar a construção e instalação. Devido ao sistema de transmissão de potência ser um sistema “distribuído” (isto é, a função de conversor é distribuída por duas ou mais plataformas conversoras dependendo dos requisitos de transmissão de potência), as plataformas conversoras podem ser posicionadas relativamente próximas aos dispositivos ou cargas. As plataformas conversoras são menores e mais leves que as plataformas convencionais e não há necessidade de instalar plataformas coletoras separadas normalmente encontradas em sistemas de transmissão de potência ponto a ponto convencionais. Isso é particularmente importante para sistemas de transmissão de potência para plataformas conversoras em alto mar onde o equipamento conversor e materiais de construção para as plataformas reais precisam ser transportados em embarcações marítimas. Embora o sistema de transmissão de potência preferencialmente utilize unidades modulares ou padrões, será imediatamente compreendido que plataformas conversoras respectivas podem ter um número diferente de transformadores conversores, módulos conversores etc. Os módulos conversores dentro de uma plataforma conversora em particular também podem ter um número diferente de unidades conversoras CA/CC. O projeto modularizado permite o uso de módulos conversores e transformadores conversores de projeto e configuração padrão. Cada módulo conversor pode incluir uma ou mais unidades conversoras CA/CC padrão conforme descrito em mais detalhes abaixo. Módulos de instalação de plataforma padrões, talvez que compreendam as unidades conversoras CA/CC que juntas definem um único módulo conversor, junto com o transformador conversor associado, podem ser empacotados juntos em um alojamento ou recipiente adequado que pode ser facilmente transportado e conectado a uma barra de distribuição e entre si quando instalado em uma plataforma conversora.
Cada módulo conversor pode incluir uma série de uma ou mais unidades conversoras CA/CC, sendo que cada unidade conversora CA/CC tem (a) terminais CA conectados ao transformador conversor e (b) primeiro e segundo terminais CC. Para cada módulo conversor, o primeiro terminal CC da primeira unidade conversora CA/CC na série pode definir o primeiro terminal CC do módulo conversor e o segundo terminal CC da última unidade conversora CA/CC na série pode definir o segundo terminal CC do módulo conversor. As unidades conversoras CA/CC são conectadas preferencialmente juntas de forma que o segundo terminal CC de cada unidade conversora CA/CC diferente da última unidade conversora CA/CC na série é conectado ao primeiro terminal CC da próxima unidade conversora CA/CC na série. Na prática, todas as unidades conversoras CA/CC individuais de cada plataforma conversora são, preferencialmente, conectadas entre si em série no lado CC para formar um único agrupamento interconectado que se estende entre terminais de saída CC da plataforma conversora. Um ou mais grupos de unidades conversoras CA/CC que correspondem a cada módulo conversor são conectados a um transformador conversor respectivo no lado CA.
As unidades conversoras CA/CC podem ter qualquer construção e topologia adequada.
Os terminais CC das unidades conversoras CA/CC podem ser conectados entre si por qualquer cabeamento CC adequado para definir cada módulo conversor. De forma similar, os terminais CC dos módulos conversores podem ser conectados por qualquer cabeamento CC adequado.
As linhas de transmissão CC e as linhas de conexão CC podem ser implantandas pelo uso de cabeamento CC de alta tensão (HV) de qualquer tipo e construção adequados que incluem tipos que são particularmente adequados para uso submarino no caso onde as plataformas conversoras são localizadas em alto mar.
As linhas de transmissão CC são, preferencialmente, conectadas a uma estação conversora que fornece uma tensão de saída CA para conexão a, por exemplo, uma rede pública ou rede de potência. A estação conversora pode ter qualquer construção e topologia adequadas. Entretanto, será geralmente preferido que a estação conversora tenha uma construção em geral similar ao das plataformas conversoras e beneficie da modularização descrita acima.
As plataformas conversoras podem estar localizadas a vários quilômetros da estação conversora. É geralmente preferido que as barras de distribuição da plataforma conversora são conectadas entre si para formar uma “cadeia principal” elétrica para o sistema de transmissão de potência. Por exemplo, as barras de distribuição podem ser conectadas por uma ou mais linhas de conexão CA. As linhas de conexão CA podem ser implantadas pelo uso de cabeamento CA de Tensão Média (MV) ou HV de qualquer tipo e construção adequado que inclui aqueles para uso submarino. A conexão a cada barra de distribuição pode ser feita por meio de um transformador de conexão. Por exemplo, no caso onde n=2, então, uma linha de conexão CA pode ser conectada à barra de distribuição da primeira plataforma conversora por um primeiro transformador de conexão e à barra de distribuição da segunda plataforma conversora por um segundo transformador de conexão. No caso onde n=3, então, dois agrupamentos são possíveis. Em um primeiro agrupamento, uma primeira linha de conexão CA pode ser usada para conectar a barra de distribuição da primeira plataforma conversora à barra de distribuição da segunda plataforma conversora e uma segunda linha de conexão CA pode ser usada para conectar a barra de distribuição da segunda plataforma conversora à barra de distribuição da terceira plataforma conversora. Entretanto, um segundo agrupamento é normalmente preferido onde a ‘cadeia principal’ elétrica é comum a todas as plataformas conversoras, isto é, as barras de distribuição são conectadas em paralelo. Nesse segundo agrupamento, uma linha de conexão CA pode ser conectada à barra de distribuição da primeira plataforma conversora por um primeiro transformador de conexão, à barra de distribuição da segunda plataforma conversora por um segundo transformador de conexão e à barra de distribuição da terceira plataforma conversora por um terceiro transformador de conexão. A ‘cadeia principal' elétrica permite que a potência seja deslocada ou transferida entre as barras de distribuição da plataforma conversora através da(s) linha(s) de conexão CA e a potência transmitida em rede é compartilhada pelos módulos conversores ativos. A interconexão também fornece um nível de redundância que garante que se uma plataforma conversora é removida do serviço, então a mesma não causa um blecaute total e a completa interrupção da capacidade de transmissão. O suprimento de potência auxiliar a dispositivos consumidores de energia ou cargas (ou, em certas situações, dispositivos geradores de energia) é, portanto, garantido de forma razoável.
Cada transformador conversor é, preferencialmente, conectado à barra de distribuição por meio de uma chave ou disjuntor. Isso pode permitir que cada transformador conversor (e o módulo conversor associado do mesmo) seja isolado da barra de distribuição. Por exemplo, no caso de uma falha em um módulo conversor em particular, então, o mesmo pode ser isolado até o tempo em que possa ser consertado. Um ou mais módulos conversores também podem ser isolados seletivamente dependendo dos requisitos operacionais gerais do sistema de transmissão de potência para reduzir perdas de comutação, etc.
Cada transformador de conexão também pode ser conectado à barra de distribuição e à linha de conexão CA por meio de uma chave ou disjuntor.
Um ou mais dispositivos podem ser conectados à barra de distribuição de cada plataforma conversora por meio de cabeamento em campo CA e chave ou disjuntor opcional.
Em um agrupamento, um parque eólico ou parque de turbina eólica compreende um sistema de transmissão de potência conforme descrito acima e uma pluralidade de turbinas eólicas. As plataformas conversoras são distribuídas dentro do parque eólico e cada turbina eólica é conectada à barra de distribuição de uma plataforma conversora, por exemplo, onde as turbinas eólicas são conectadas em sequências que são conectadas à barra de distribuição por meio de cabeamento em campo CA e chave ou disjuntor opcional. A presente invenção fornece adicionalmente um método para operar um sistema de transmissão de potência que compreende uma série de duas ou mais plataformas conversoras distribuídas dentro de uma área, sendo que cada plataforma conversora inclui: (i) uma barra de distribuição que transporta uma tensão de distribuição CA para a plataforma conversora e conectável a um ou mais dispositivos, (ii) um ou mais transformadores conversores conectados à barra de distribuição e (iii) uma série de um ou mais módulos conversores, sendo que cada módulo conversor tem (a) terminais CA conectados a um respectivo dentre os transformadores conversores e (b) primeiro e segundo terminais CC, sendo que as barras de distribuição são conectadas por uma linha de conexão CA; sendo que o método compreende a etapa de transferir potência através da linha de conexão CA.
Detalhes adicionais do sistema de transmissão de potência são conforme descrito abaixo.
Desenhos A Figura 1 é um diagrama esquemático que mostra um sistema de transmissão de potência ponto a ponto convencional com uma plataforma de coleta e uma plataforma conversora separada;
As Figuras 2A e 2B são diagramas esquemáticos que mostram um sistema de transmissão de potência de acordo com a presente invenção com duas plataformas conversoras; A Figura 3 mostra uma vista detalhada de uma plataforma conversora do sistema de transmissão de potência das Figuras 2A e 2B; e A Figura 4 é um diagrama esquemático que mostra parte de um sistema de transmissão de potência de acordo com a presente invenção com três plataformas conversoras.
Com referência às Figuras 2A e 2B, um sistema de transmissão de potência de acordo com a presente invenção inclui uma primeira plataforma conversora em alto mar 2 e uma segunda plataforma conversora em alto mar 2' (isto é, onde n=2). A primeira plataforma conversora 2 inclui uma primeira barra de distribuição 4 que transporta uma tensão CA conveniente. A segunda plataforma conversora 2' inclui uma segunda barra de distribuição 4' que transporta uma tensão CA conveniente.
As turbinas eólicas 6 que formam parte de um parque eólico ou parque de turbina eólica são conectadas em sequências por cabeamento CA em campo de Tensão Média (MV) ou de Alta Tensão (HV). Uma série de sequências 8^..8^, é conectada à primeira barra de distribuição 4 por disjuntores 10. Uma série de sequências 8'i...8'm é conectada à segunda barra de distribuição 4' por disjuntores 10. Será imediatamente compreendido que, em cada caso, m pode ser qualquer número conveniente e que cada sequência pode incluir qualquer número conveniente de turbinas eólicas. Embora a seguinte descrição concentre em um sistema de transmissão de potência para um parque eólico, será imediatamente compreendido que um sistema similar pode ser usado para entregar potência para dispositivos consumidores de energia ou cargas, por exemplo, aqueles associados a plataformas de produção de óleo e gás, plataformas de produção de gás natural liquefeito (LNG) ou outras instalações em alto mar ou em terra firme.
Uma série de transformadores conversores 121)...12p é conectada à primeira barra de distribuição 4 por disjuntores 14. Cada transformador conversor 12 inclui um enrolamento de primário que é conectado à primeira barra de distribuição 4 e uma série de enrolamentos de secundário. Cada enrolamento de secundário é conectado a uma unidade conversora CA/CC 16. Um módulo conversor 18 consiste de um grupo de unidades conversoras CA/CC 16. Mais particularmente, a primeira plataforma conversora 2 inclui uma série de módulos conversores ??^.,??? e cada módulo conversor inclui uma série de unidades conversoras CA/CC 16i...16r. Será imedíatamente compreendido que em cada caso, per podem ser qualquer número conveniente. A Figura 3 mostra um agrupamento com quatro transformadores conversores 12-i...124 e quatro módulos conversores I81...I84 (isto é p=4) e onde cada módulo conversor inclui três unidades conversoras I61...I63 (isto é r=3).
Cada unidade conversora CA/CC 16 tem terminais CA que são conectados a um enrolamento de secundário do transformador conversor correspondente 12.
Cada unidade conversora CA/CC 16 também tem primeiro e segundo terminais CC. As unidades conversoras CA/CC 16 são conectadas em série no lado CC conforme mostrado nas Figuras 2A e 3 para definir primeiro e segundo terminais de saída CC 20a e 20b para a primeira plataforma conversora 2. Mais particularmente, pode ser observado que dentro do primeiro módulo conversor I81, o primeiro terminal CC da primeira unidade conversora CA/CC 161 define o primeiro terminal de saída CC 20a para a primeira plataforma conversora 2, o segundo terminal CC da primeira unidade conversora CA/CC 161 é conectado ao primeiro terminal CC da segunda unidade conversora CA/CC 162 (isto é, a próxima unidade conversora CA/CC na série), o segundo terminal CC da segunda unidade conversora CA/CC 162 é conectado ao primeiro terminal CC da terceira unidade conversora CA/CC 163 e o segundo terminal CC da terceira unidade conversora CA/CC 163 do primeiro módulo conversor 18·? é conectado ao primeiro terminal CC da primeira unidade conversora CA/CC 161 do segundo módulo conversor 182 (isto é, o próximo módulo conversor na série). Essa sequência de interconexão continua até o segundo terminal CC da terceira unidade conversora CA/CC 163 do quarto módulo conversor 184 (isto é, o segundo terminal CC da última unidade conversora CA/CC na série do último módulo conversor na série) que define o segundo terminal de saída CC 20b para a primeira plataforma conversora 2. A segunda plataforma conversora 2' é configurada da mesma maneira que o transformador conversor 12'i... 12’pt módulos conversores 18'i...18'p, e unidades conversoras CA/CC 16y..16'r que definem o primeiro e o segundo terminais de saída CC 22a e 22b. O segundo terminal de saída CC 20b da primeira plataforma conversora 2 é conectado ao primeiro terminal de saída CC 22a da segunda plataforma conversora 2' por uma linha de conexão CC 24 implantada como cabeamento CC HV. O primeiro terminal de saída CC 20a da primeira plataforma conversora 2 é conectado a uma primeira linha de transmissão CC 26 e o segundo terminal de saída CC 22b da segunda plataforma conversora 2' é conectado a uma segunda linha de transmissão CC 28. Tanto a primeira quanto a segunda linha de transmissão CC pode ser implantada como cabeamento CC HV e transportar uma tensão de transmissão CC conveniente. A primeira barra de distribuição 4 é conectada à segunda barra de distribuição 4' para formar a ‘cadeia principal’ elétrica descrita acima. Mais particularmente, uma linha de conexão CA 30 implantada como cabeamento CA MV ou HV que é adaptado para transportar uma tensão de interligação CA conveniente é conectada à primeira barra de distribuição 4 por meio de um primeiro transformador conector 32 e disjuntores 34 e à segunda barra de distribuição 4' por meio de um segundo transformador conector 32' e disjuntores 34. A primeira e a segunda plataformas conversoras 4 e 4' são localizadas em alto mar e podem ser separadas por uma distância, por exemplo, entre 5 e 15 km. O primeiro e o segundo cabos de transmissão CC 26 e 28 são conectados a uma estação conversora em terra firme 36 mostrada na Figura 2B. A estação conversora 36 tem primeira e segunda áreas conversoras 38 e 38' que são configuradas, cada uma, de uma maneira similar à primeira e à segunda plataformas conversoras 4 e 4'. Mais particularmente, cada área conversora 38 e 38' tem uma série de transformadores conversores 40i...40p ou 40'i...40'p conectados a uma barra de distribuição comum 42 por disjuntores 44. A barra de distribuição comum 42 transporta uma tensão CA conveniente. Cada transformador conversor 40 inclui um enrolamento de secundário que é conectado à barra de distribuição comum 42 e uma série de enrolamentos de primário. Cada enrolamento de primário é conectado a uma unidade conversora CC/CA 46 ou 46'. Um módulo conversor 48 ou 48' consiste de um grupo de unidades conversoras CC/CA 46 ou 46'. Mais particularmente, cada área conversora 38 e 38' inclui uma série de módulos conversores 48i...48p ou 48'i...48'p e cada módulo conversor inclui uma série de unidades conversoras CC/CA 46i...46r ou 46'i...46'r. Para o agrupamento mostrado na Figura 3, então, cada área conversora pode incluir quatro transformadores conversores 4O1. .4O4 ou 40'i...40'4 e quatro módulos conversores 48i...484 ou 48’i...48'4 (isto é, p=4) e cada módulo conversor pode incluir três unidades conversoras CC/CA 46-)...463 ou 46'i...46'3 (isto é, r=3).
Cada unidade conversora CC/CA 46 tem terminais CA que são conectados a um enrolamento de primário do transformador conversor correspondente 40.
Cada unidade conversora CC/CA 46 também tem primeiro e segundo terminais CC. As unidades conversoras CC/CA 46 são conectadas em série no lado CC conforme mostrado na Figura 2B para definir primeiro e segundo terminais de entrada CC 50a e 50b para uma primeira área conversora 38 e primeiro e segundo terminais de entrada CC 52a e 52b para a segunda área conversora 38'. O segundo terminal de entrada CC 50b da primeira área conversora 38 é conectado ao primeiro terminal de entrada CG 52a da segunda área conversora 38' por uma conexão terra 54. O primeiro terminal de entrada CC 50a da primeira área conversora 38 é conectado ao primeiro cabo de transmissão CC 26 e o segundo terminal de entrada CC 52b da segunda área conversora 38' é conectado ao segundo cabo de transmissão CC 28. O primeiro e o segundo transformadores de rede 56 e 56' são conectados à barra de distribuição comum 42 por disjuntores 58. Os transformadores de rede 56 e 56' fornecem potência para uma rede pública ou rede de potência em uma tensão CA conveniente. Um transformador de rede auxiliar 60 também pode ser conectado à barra de distribuição comum por disjuntores 62 para fornecer uma conexão auxiliar.
Durante a operação normal, a potência que é gerada pelas turbinas eólicas 6 é fornecida para as barras de distribuição 4 e 4' da primeira e da segunda plataformas conversoras 2 e 2'. A tensão CA é retificada elas unidades conversoras CA/CC conectadas 16 e 16' e uma tensão de transmissão CC é transmitida para a estação conversora 36 por meio do primeiro e do segundo cabos de transmissão CC 26 e 28. Na estação conversora 36, a tensão de transmissão CC é invertida pelas unidades conversoras CC/CA 46 e 46' para o suprimento progressivo a uma rede pública.
Qualquer módulo conversor em particular 18 ou 18' pode ser isolado por meio do disjuntor 14 que conecta o transformador conversor associado à barra de distribuição. A potência também pode ser transferida entre a primeira e a segunda barras de distribuição 4 e 4' pela linha de conexão CA 30 para fornecer as vantagens mencionadas acima.
Com referência à Figura 4, parte de um sistema de transmissão de potência de acordo com a presente invenção inclui uma primeira plataforma conversora em alto mar 2, uma segunda plataforma conversora em alto mar 2' e uma terceira plataforma conversora em alto mar 2" (isto é onde n=3). O sistema de transmissão de potência é similar àquele mostrado nas Figuras 2A e 2B e a partes similares foi dada a mesma referência numérica. A terceira plataforma conversora 2" inclui uma terceira barra de distribuição 4" que transporta uma tensão CA conveniente.
As turbinas eólicas 6 que formam parte de um parque eólico são conectadas em sequências por cabeamento CA em campo de Tensão Média (MV) ou de Alta Tensão (HV). Uma série de sequências 8"i...8"m é conectada à terceira barra de distribuição 4" por disjuntores 10. A terceira plataforma conversora 2" é configurada da mesma maneira que a primeira e a segunda plataformas conversoras 2 e 2' descritas acima com transformadores conversores 12"i...12"p, módulos conversores 18"i...18"p, e unidades conversoras CA/CC 16"i...16"r que definem primeiro e segundo terminais de saída CC 64a e 64b. O segundo terminal de saída CC 20b da primeira plataforma conversora 2 é conectado ao primeiro terminal de saída CC 22a da segunda plataforma conversora 2' por uma primeira linha de conexão CC 24 implantada como cabeamento CC HV. O segundo terminal CC 24b da segunda plataforma conversora 2' é conectado ao primeiro terminal de saída CC 64a da terceira plataforma conversora 2" por uma segunda linha de conexão CC 66 implantada como cabeamento CC HV. O primeiro terminal de saída CC 20a da primeira plataforma conversora 2 é conectado à primeira linha de transmissão CC 26 e o segundo terminal de saída CC 64b da terceira plataforma conversora 2" é conectado à segunda linha de transmissão CC 28. Tanto a primeira quanto a segunda linha de transmissão CC 26, 28 pode ser implantada como cabeamento CC HV e transportar uma tensão de transmissão CC conveniente. A primeira barra de distribuição 4 é conectada às segunda e terceira barras de distribuição 4' e 4" para formar a “cadeia principal” elétrica descrita acima. Mais particularmente, uma linha de conexão CA 68 implantada como cabeamento CA MV ou HV que é adaptada para transportar uma tensão de interligação CA conveniente é conectada à primeira barra de distribuição 4 por meio de um primeiro transformador conector 32 e disjuntores 34, à segunda barra de distribuição 4' por meio de um segundo transformador conector 32' e disjuntores 34, e à terceira barra de distribuição 4" por meio de um terceiro transformador conector 32" e disjuntores 34. A primeira, a segunda e a terceira plataformas conversoras 4, 4' e 4" são localizadas em alto mar e plataformas conversoras adjacentes na série podem ser separadas por uma distância, por exemplo, entre 5 e 15 km. O primeiro e o segundo cabos de transmissão CC 26 e 28 são conectados a uma estação conversora em terra firme (não mostrado), mas que pode ser configurada de forma similar à estação conversora 36 mostrada na Figura 2B. Outras configurações de estação conversora também são possíveis para ambos os agrupamentos do sistema de transmissão de potência.
Claims (15)
1. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, que compreende uma série de duas ou mais plataformas conversoras (2, 2‘) distribuídas dentro de uma área, sendo que cada plataforma conversora (2, 2') inclui: (i) uma barra de distribuição (4, 4') que transporta uma tensão CA para a plataforma conversora e conectável a um ou mais dispositivos (6), (ii) um ou mais transformadores conversores (12i ... 12P, 12'i... 12P) conectados à barra de distribuição (4, 4') e (iii) uma série de um ou mais módulos conversores (18i...18p, 18'i...18p), sendo que cada módulo conversor tem (a) terminais CA conectados a um respectivo dentre os transformadores conversores (12i,...12p, 12'i...12p) e (b) primeiro e segundo terminais CC; em que, para a primeira plataforma conversora (2) na série, o primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor (18-i) na série é conectado a uma primeira linha de transmissão CC (26); em que, para cada plataforma conversora (2) separada da última plataforma conversora na série, o segundo terminal CC do último módulo conversor (18p) na série é conectado ao primeiro terminal CC do primeiro módulo conversor (18i) na série da próxima plataforma conversora na série por meio de uma linha de conexão CC (24); e em que, para a última plataforma conversora (2‘) na série, o segundo terminal CC do último módulo conversor (18p) na série é conectado a uma segunda linha de transmissão CC (28).
2. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 1, em que cada plataforma conversora (2, 2') inclui dois ou mais transformadores conversores (12i...12p, 12'i...12p) e uma série de dois ou mais módulos conversores (18i,...18p, 18'i...18p).
3. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 2, em que o segundo terminal CC de cada módulo conversor diferente do último módulo conversor (18p) na série é conectado ao primeiro terminal CC do próximo módulo conversor na série.
4. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada módulo conversor (18i,...18p, 18'i...18p) inclui uma série de uma ou mais unidades conversoras CA/CC (16i...16r), sendo que cada unidade conversora CA/CC tem (a) terminais CA conectados ao transformador conversor e (b) primeiro e segundo terminais CC.
5. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 4, em que para cada módulo conversor, o primeiro terminal CC da primeira unidade conversora CA/CC (16i) na série define o primeiro terminal CC do módulo conversor, sendo que o segundo terminal CC do último conversor CA/CC (16r) na série define o segundo terminal CC do módulo conversor e o segundo terminal CC de cada unidade conversora CA/CC diferente da última unidade conversora CA/CC na série é conectado ao primeiro terminal CC da próxima unidade conversora CA/CC na série.
6. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que a primeira e a segunda linhas de transmissão CC (26, 28) são conectadas a uma estação conversora (36).
7. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 6, em que a estação conversora é uma estação conversora em terra firme (36).
8. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que pelo menos uma das plataformas conversoras (2, 2’) é uma plataforma conversora em alto mar.
9. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que as barras de distribuição (4, 4'; 4, 4', 4") são conectadas entre si por uma linha de conexão CA (30; 68).
10. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 9, em que a linha de conexão CA (68) conecta as barras de distribuição (4, 4', 4") juntas em paralelo.
11. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com as reivindicações 9 ou 10, em que a linha de conexão CA (30; 68) é conectada a cada barra de distribuição (4, 4'; 4, 4', 4") por um transformador de conexão (32, 32'; 32, 32', 32").
12. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada transformador conversor (32, 32') é conectado à barra de distribuição (4, 4’) por meio de uma chave ou disjuntor (34).
13. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, em que cada transformador conversor (12-)...12P, 12'i...12p) é conectado à barra de distribuição (4, 4') por meio de uma chave ou disjuntor (14).
14. PARQUE EÓLICO, que compreende um sistema de transmissão de potência, conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, e uma pluralidade de turbinas eólicas, em que as plataformas conversoras são distribuídas dentro do parque eólico e cada turbina eólica é conectada à barra de distribuição (4, 4') de uma plataforma conversora (2, 2').
15. MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA, que compreende uma série de duas ou mais plataformas conversoras (2, 2') distribuídas dentro de uma área, sendo que cada plataforma conversora (2, 2') inclui: (i) uma barra de distribuição (4, 4’) que transporta uma tensão CA para a plataforma conversora e conectável a um ou mais dispositivos (6), (ii) um ou mais transformadores conversores (12i - - -12Pl 12'i... 12p) conectados à barra de distribuição (4, 4') e (iii) uma série de um ou mais módulos conversores (18i...18p, 18'i... 18P), sendo que cada módulo conversor tem (a) terminais CA conectados a um respectivo dentre os transformadores conversores (12i...12p, 12'i...12p) e (b) primeiro e segundo terminais CC, sendo que as barras de distribuição são conectadas entre si por uma linha de conexão CA (30); sendo que o método compreende a etapa de transferir potência pela linha de conexão CA (30).
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
| B11Y | Definitive dismissal - extension of time limit for request of examination expired [chapter 11.1.1 patent gazette] |