BR102015003417A2 - sistema de transmissão de potência de corrente contínua e conversor final de transmissão - Google Patents

Abstract

sistema de transmissão de potência de corrente contínua e conversor final de transmissão trata-se de um sistema de transmissão de potência de cc que é configurado para gerar um campo elétrico que inclui componentes substancialmente constantes em relação ao tempo e que variam com o tempo. o sistema de transmissão de potência de cc inclui um estágio de ca configurado para receber potência eletrica de ca. o estágio de ca inclui um transformador que inclui enrolamentos primários e enrolamentos secundários configurados para serem eletromagneticamente acoplados e eletricamente isolados uns dos outros. o estágio de ca também inclui um conversor ca/ca que substancialmente não tem funções de isolamento contra o pelo menos um componente substancialmente constante do campo elétrico. o conversor ca/ca é eletricamente acoplado aos enrolamentos primários. o sistema de transmissão de potência de cc também inclui um estágio de conversão ca/cc posicionado a jusante do estágio de ca. o estágio de conversão ca/cc inclui um retificador ca/cc configurado para converter potência elétrica de ca em potência elétrica de cc sem controle externo. o retificador ca/cc é acoplado aos enrolamentos secundários.

Description

“SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA E CONVERSOR FINAL DE TRANSMISSÃO" Antecedentes da Invenção [001] O campo da revelação refere-se, de modo geral, a sistemas e métodos para transmitir potência de corrente contínua (CC) a uma carga e, mais especicamente» a um sistema de transmissão de CC que tem um conversor com um estágio de corrente alternada (CA) ativo que não exige isolamento de CC pesado em relação à terra e um estágio de conversão de CA para CC passivo, [002] A maioria dos sistemas de transmissão com base em solo transmite potência de CA a partir de uma fonte de potência elétrica, como um gerador, a uma carga elétrica, como um motor. Qualquer conversão para potência de CC é tipicamente realizada o mais próximo da carga elétrica possível. Os sistemas de transmissão de potência de CA são mais prevalentes do que os sistemas de transmissão de CC devido ao custo reduzido e desempenho aprimorado de transformadores de CA e mecanismo de comutação. Entretanto, os sistemas de transmissão de CA têm perdas reativas associadas aos cabos de transmissão que não existem em sistemas de transmissão de CC, Consequentemente, os sistemas de transmissão de CC podem ser mais eficazes e econômicos quando se transmite potência por longas distâncias em que as perdas reativas ultrapassam o equipamento de transformador de CC mais caro, Isso é especialmente verdadeiro em cabos submarinos, nos quais as perdas reativas são agravadas.

[003] Os sistemas de transmissão de corrente contínua de alta tensão (HVDC) e os sistemas de transmissão de corrente continua de média tensão (MVDC) podem ser utilizados para transmitir com eficácia potência por longas distâncias. Entretanto, os sistemas de transmissão de CC conhecidos têm algumas deficiências que geram custos aumentados por operadores. Especificamente, os sistemas de transmissão de CC conhecidos têm um retificador CA/CC, como um retificador a diodo, que converte uma potência de CA recebida, como a partir da rede elétrica, para potência de CC. A potência de CC é então modificada por componentes ativos, por exemplo, conversores CC/CC com dispositivos com base de semicondutor ativos como tiristores e transistores bipolares com porta isolada flGBTs), A potência de CC também é modificada com componentes passivos, por exemplo, capacitores, resistores, diodos, e transformadores, para controlar o nível de tensão em CC da potência de CC. Entretanto, em sistemas conhecidos, os componentes ativos e os componentes passivos precisam ser fortemente isolados de CC à terra para impedir danos aos componentes no caso de uma falha de CC. Por exemplo, em sistemas típicos, os componentes ativos e passivos são isolados para suportar condições de sobretensão equivalentes a aproximadamente duas vezes o nível de tensão de transmissão que pode estar nas faixas de décimos de quílovolts (kv) de CC a centenas de kv de CC. O isolamento de CC de componentes passivos tem custo relativamente baixo, mas o isolamento do conversor CC/CC ativo exige todos os componentes de potência auxiliares sejam isolados em relação â terra, incluindo unidades de porta e todos os sensores. Além disso, sistemas de resfriamento e qualquer outro equipamento de apoio auxiliar para tais conversores CC/CC ativos também exigem o mesmo nível de isolamento de CC em relação à terra. Consequentemente, o tamanho, quantidade de materiais, e custo dos componentes ativos com isolamento de CC à terra podem ser significativos. Enquanto algumas aplicações de sistemas de transmissão de potência de CC têm espaço livre limitado, por exemplo, plataformas e óleo e gás, os sistemas de transmissão de potência de corrente de CC podem ser muito grandes para uma única plataforma, aumentando significativamente o investimento de capitai e custos operacionais.

Breve Descrição [004] Em um aspecto, um sistema de transmissão de potência de corrente continua (CG) é fornecido, O sistema de transmissão de potência de CC é configurado para gerar um campo elétrico que incluí pelo menos um componente substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente que varia com o tempo. O sistema de transmissão de potência de CC inclui um estágio de corrente alternada (CA) configurado para receber potência elétrica de CA. O estágio de CA inclui um transformador que inclui enrolamentos primários e enrolamentos secundários configurados para serem eletromagneticamente acoplados entre si e eletricamente isolados uns dos outros, O estágio de CA também inclui peto menos um conversor CA/CA que substancialmente não tem funções de isolamento contra o pelo menos um componente substanciatmente constante do campo elétrico. O conversor CA/CA é eletricamente acoplado a peto menos um enrotamento primário dentre os enrolamentos primários. O sistema de transmissão de potência de CC também inclui um estágio de conversão CA/CC posicionado a jusante do estágio de CA. O estágio de conversão CA/CC inclui um retificador CA/CC configurado para converter potência elétrica de CA em potência elétrica de CC sem controle externo. O retificador CA/CC é acoplado a pelo menos um enrotamento secundário dentre os enrolamentos secundários. (005] Em um outro aspecto, um conversor final de transmissão para um sistema de transmissão de CC é fornecido. O conversor final de transmissão é configurado para gerar um campo elétrico que incluí pelo menos um componente substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente que varia com o tempo, O sistema de transmissão de potência de CC inclui um estágio de corrente alternada (CA) configurado para receber potência elétrica de CA. O estágio de CA inclui um transformador que inclui enrolamentos primários e enrolamentos secundários configurados para serem eletromagneticamente acoplados entre si e eletricamente isolados uns dos outros. O estágio de CA também inclui um conversor CA/CA que substancialmente não tem funções de isolamento contra o pelo menos um componente substancialmente constante do campo elétrico. O conversor CA/CA é eletricamente acoplado a pelo menos um enrolamento primário dentre os enrolamentos primários. O conversor final de transmissão também inclui um estágio de conversão CA/CC posicionado a jusante do estágio de CA. O estágio de conversão CA/CC inclui um retificador CA/CC configurado para converter potência elétrica de CA em potência elétrica de CC sem controle externo. O retificador CA/CC é acoplado a pelo menos um enrolamento secundário dentre os enrolamentos secundários.

[006] Em ainda outro aspecto, um método para montar um conversor final de transmissão é fornecido. O conversor final de transmissão é configurado para receber potência elétrica em corrente alternada (CA) e converter a potência elétrica de CA para potência elétrica em corrente contínua (CC). O conversor final de transmissão também é configurado para gerar um campo elétrico que inclui peio menos um componente substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente que varia com o tempo. O método incluí acoplar eletricamente um conversor CA/CA a pelo menos um enrolamento primário de uma pluralidade de enrolamentos primários de um transformador, formando pelo menos parcialmente dessa forma um estágio de CA. O conversor CA/CA e os enrolamentos primários substancialmente não têm função de isolamento contra o pelo menos um componente substancialmente constante do campo elétrico. O método também inclui acoplar eletromagneticamente enrolamentos secundários do transformador aos enrolamentos primários. O método inclui adicionalmente acoplar eletricamente um retificador CA/CC a pelo menos um enrolamento secundário dentre os enrolamentos secundários, formando pelo menos parcialmente dessa forma um estágio de conversão CA/ CC. O retificador CA/CC é posicionado a jusante do transformador.

Figuras {007] Essas e outras funções» aspectos e vantagens da presente revelação se tornarão mais bem entendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida com referência às figuras anexas» em que caracteres semelhantes representam partes semelhantes no decorrer das figuras» nas quais: - A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de potência exemplificativo que inclui um sistema de transmissão de potência de CC; - A Figura 2 é uma vista esquemática de um conversor final de transmissão exemplificativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1; - A Figura 3 é uma vista esquemática de um conversor final de transmissão alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1; - A Figura 4 é uma vista esquemática de um outro conversor final de transmissão alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1 que tem uma pluralidade de seções de conversão de potências que incluí pelo menos uma seção de conversão de potência fina e peto menos uma seção de conversão de potência grossa; - Â Figura 5 é uma vista esquemática de ainda outro conversor finai de transmissão alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1 que tem uma pluralidade de comutadores de isolamento de CA; - A Figura 8 é uma vista esquemática de ainda outro conversor final de transmissão alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1 que tem um retificador CA/CC com uma pluralidade de diodos que tem um modo de falha de curto-circuito; - A Figura 7 é uma vista esquemática de uma porção de um retificador CC/CC passivo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1; . A Figura 8 é uma vista esquemática de uma porção de um retificador CC/CC passivo alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1; - A Figura 9 é uma vista esquemática de uma porção de um outro retificador CC/CC passivo alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1; e - A Figura 10 é uma vista esquemática de um dispositivo de curto-circuito que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC mostrado na Figura 1, [008] A menos que seja indicado de outra maneira, as figuras fornecidas no presente documento se destinam a ilustrar funções de realizações da revelação, Acredíta-se que essas funções sejam aplicáveis em um uma vasta variedade de sistemas que inclui uma ou mais realizações da revelação. Dessa forma, as figuras não são destinadas a incluir todas as funções convencionais conhecidos por aqueles de habilidade comum na técnica que são exigidos para a prática das realizações reveladas no presente documento.

Descrição Detalhada [009] No relatório descritivo a seguir, e nas reivindicações, será feita referência a inúmeros termos, que devem ser definidos com os significados a seguir.

[0010] As formas singulares “um”, “uma” e “o(a)” incluem referências plurais a menos que o contexto dite claramente de outra maneira.

[0011] “Opcional” ou “opcionalmente" significa que o caso ou circunstância descritos em sequência podem ou não ocorrer, e que a descrição inclui situações nas quais o caso ocorre e situações em que não.

[0012] A linguagem de aproximação, conforme usado no presente documento no decorrer do relatório descritivo e reivindicações, pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa permissívamente variar sem resultar em uma mudança na função básica à qual está relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um termo ou termos, como “cerca de” e “substancíatmente'1, não são limitados ao valor preciso especificado. Em pelo menos algumas situações, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor. Aqui e no decorrer do relatório descritivo e reivindicações, limitações de faixa podem ser combinadas e/ou permutadas; tais faixas são identificadas e incluem todas as subfaixas contidas no mesmo, a menos que o contexto ou a linguagem indiquem claramente de outra maneira. {0013} A linguagem de orientação, conforme usada no presente documento no decorrer do relatório descritivo e das reivindicações, é unicamente usada para facilitar a descrição de elementos em relação uns aos outros, e não define sua orientação em relação a nenhum outro quadro de referência. Consequentemente, os elementos modificados por termos como ‘topo” e "fundo” podem ser orientados em qualquer outra direção em relação a um quadro exterior de referência a menos que o contexto ou a linguagem indiquem claramente de outra maneira.

[0014] Além disso, as referências a uma implantação1' ou uma “realização” da matéria descrita no presente documento não se destinam a ser interpretadas de forma que exclua a existência de implantações adicionais que também incorporam as funções citadas, [0015] As realizações descritas no presente documento revelam um sistema de transmissão de potência de CC que transmite potência elétrica a partir de uma fonte elétrica de CA a uma carga elétrica, por exemplo, um motor CC O sistema de transmissão de potência de CC inclui um conversor final de transmissão que converte a potência de CA em potência de CC.

Especificamente, o conversor final de transmissão descrito no presente documento inclui um estágio de CA que inclui um conversor CA/CA e um estágio de conversão CA/CC que inclui um retificador CA/CC acoplado ao estágio de CA através de um transformador que inclui enrolamentos primários e secundários eletromagneticamente acoplados entre si. Dessa forma, o conversor fina! de transmissão é configurado para gerar um campo elétrico que incluí pelo menos um componente de campo substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente de campo que varia com o tempo. O conversor final de transmissão descrito no presente documento facilita a redução do número de componentes de estágio de conversão CA/CC que exigem isolamento de CC em alta tensão em relação à terra, Além disso, pelo menos alguns dos componentes contidos no conversor finai de transmissão descrito no presente documento substancialmente não têm funções de isolamento em relação aos componentes substancíalmente constantes do campo elétrico, isto é, os mesmos substancialmente não têm isolamento de CC à terra. Mais especifícamente o conversor CA/CA e os enrolamentos primários do transformador têm uma quantidade reduzida de total isolamento â terra em comparação com um conversor CC/CC operado no mesmo nível de tensão de transmissão. Consequentemente, o conversor CA/CA e o transformador têm um custo reduzido de isolamento de CC e uma presença de tamanho reduzida em comparação com conversores CC/CC conhecidos.

[0016] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema de transmissão de potência de CC 100 exemplifícativo. O sistema de transmissão de potência de CC 100 transmite potência elétrica a partir de uma fonte de potência elétrica 102, por exemplo, sem limitação, a rede elétrica ou um gerador de CA. a uma carga elétrica 104, por exemplo, sem limitação, um motor. O sistema de transmissão de potência de CC 100 inclui um conversor final de transmissão 106 para receber potência de CA de entrada 112 a partir da fonte de potência elétrica 102 e converter potência de CA em potência de CC. O sistema de transmissão de CC 100 também inclui cabos de transmissão 108 para conduzir a potência de CC. Os cabos de transmissão 108 são uma pluralidade de cabos condutores eletricamente com a capacidade de conduzir corrente elétrica, como potência de CC em alta tensão 114. Na realização exemplificativa» os cabos de transmissão 108 incluem uma linha de alta tensão de uma polaridade positiva (não mostrada) e uma linha de retorno de uma polaridade negativa (não mostrada). O sistema de transmissão de CC 100 também inclui um conversor final de recebimento 110. O conversor final de recebimento 110 converte potência de CC em alta tensão 114 em potência em baixa tensão 116 que é usãvel por carga elétrica 104. Na realização exemplificativa, o conversor final de recebimento 110 inclui pelo menos um dentre um transformador de rebaixamento e um inversor (não mostrados) de modo que a potência em baixa tensão 116 seja pelo menos um dentre potência de CC em baixa tensão e potência de CA em baixa tensão.

[0017] Na realização exemplificativa, a fonte de potência elétrica 102 e o conversor final de transmissão 106 são posicionados sobre plataformas não submersas. Além disso, a carga elétrica 104 e o conversor final de recebimento 110 são posicionados no interior de vasos submersos, e os cabos de transmissão 108 são substancialmente submersos. Alternatívamente, o sistema de transmissão de potência de CC 100 ê posicionado em qualquer lugar com qualquer configuração que facilite a operação conforme descrito no presente documento.

[0018] Durante a operação, o conversor finai de transmissão 106 recebe potência de CA de entrada 112 a partir da fonte de potência elétrica 102 e converte potência de CA de entrada 112 em potência de CC em tensão média para alta 114 para transmissão através de cabos de transmissão 108. Na realização exemplificativa a potência de CA de entrada 112 é potência de três fases, e o conversor finai de transmissão 106 converte cada fase da potência de três fases em potência de CC em tensão média para alta 114, A potência de CC em tensão média para alta 114 é conduzida por cabos de transmissão 108 ao conversor final de recebimento 110 onde é convertida a potência em baixa tensão 116 e fornecida à carga elétrica 104, [0019] A Figura 2 é uma vista esquemáíica de um conversor final de transmissão exemplificativo 200 que pode ser usado com o sistema de transmissão de CC 100 (mostrado na Figura 1). O conversor final de transmissão 200 é configurado para receber potência de CA que tem uma tensão de entrada predeterminada e transmite potência de CC a uma tensão de transmissão predeterminada, também citada como tensão de barramento de CC, Na realização exemplificativa, o conversor final de transmissão 200 inclui um estágio de CA ativo 202 e um estágio de conversão CA/CC passivo 204, O estágio de CA ativo 202 inclui um conversor CA/CA 206 e um transformador de elevação 208, O transformador de elevação 208 inclui uma pluralidade de enrolamentos primários 210 e uma pluralidade de enroiamentos secundários 212, em que os enrolamentos 210 e 212 são eletromagneticamente acoplados quando energizados. O estágio de conversão CA/CC passivo 204 inclui um retificador CA/CC 214. Na realização exemplificativa, o retificador CA/CC 214 é um retificador em ponte de díodo de 12 pulsos configurado para converter potência de CA elevada a partir do transformador de elevação 208 a potência de CC em média tensão (MVDC) e/ou de CC de alta tensão (HVDC). Conforme usado no presente documento, o termo "ativo" refere-se ao uso de funções de controle ativas para regular a operação do conversor CA/CA 206, por exemplo, e sem limitação, tiristores e transistores bipolares com porta isolada (IGBTs). Além disso, conforme usado no presente documento, o termo "passivo” refere-se ao uso de dispositivos como retíficadores em ponte de diodo de 12 pulsos que não exigem regulação por sistemas e dispositivos de controle externo para retificar a potência de CA de três fases entrante para potência de CC.

Alternativamente, o retificador CA/CC 214 tem qualquer configuração que possibilite que o conversor 200 opere conforme descrito no presente documento.

[0020] Em algumas realizações, qualquer um, ou ambos, o conversor CA/CA 206 e o transformador de elevação 208 incluem funções de troca de fase para facilitar o controle de fluxo de potência real através do conversor final de transmissão 200 e pelo menos uma porção do sistema de transmissão de CC 100, e para facilitar a redução de oscilação de CC.

[0021] Além disso, na realização exemplificativa, o estágio de conversão CA/CC passivo 204 inclui pelo menos um componente de filtragem 216 posicionado a jusante de retificador CA/CC 214 para filtrar CC harmônicos e tensões oscilantes Alternativamente, o estágio de conversão CA/CC passivo 204 não inclui componente de filtragem 216.

[0022] Além disso, na realização exemplificativa, o conversor CA/CA 206 é posicionado a montante do transformador de elevação 208 de modo que um terminal de entrada 218 do conversor CA/CA 206 seja eletricamente acoplado á fonte de potência elétrica 102 (mostrada na Figura 1). Um terminal de saída 220 do conversor CA/CA 206 é acoplado a pelo menos um enrolamento dentre os enrolamentos primários 210.

[0023] Além disso, na realização exemplificativa, os enrolamentos secundários 212 têm um número maior de voltas do que os enrolamentos primários 210 de modo que a tensão de potência de CA de saída 224 seja elevada a uma tensão superior em potência de CA amplificada 226. Em uma realização, o transformador de elevação 208 é um transformador de alta frequência configurado para operar em altas frequências, por exemplo, sem limitação, entre 100 Hz e 20 kHz. Em tal realização, o tamanho do transformador 208 é significativamente reduzido em comparação com um transformador padrão que opera em frequências padrão, por exemplo, 50 Hz ou 60 Hz. Consequentemente, o tamanho do conversor final de transmissão 200 pode ser reduzido.

[0024] O retificador CA/CC 214 é posicionado a jusante do conversor CA/CA 206 e do transformador de elevação 208, de modo que um terminal de entrada 228 de retificador CA/CC 214 seja eletricamente acoplado com pelo menos um enrolamento dentre os enrolamentos secundários 212. Na realização exemplíficativa, o terminal de saída 230 do retificador CA/CC 214 é acoplado ao componente de filtragem 216. Afternativamente. o terminal de saída 230 é diretamente acoplado aos cabos de transmissão 108. Durante a operação, o retificador CA/CC 214 recebe potência de CA amplificada 226 e converte potência de CA amplificada 226 a uma potência de CC de saída 232.

[0025] A potência de CC de saída 232 a partir do retificador CA/CC 214 pode conter harmônicos e/ou oscilação substancial em tensões de CC como partes residuais do processo de conversão. O conversor final de transmissão 200 inclui o componente de filtragem 216 posicionado a jusante do retificador CA/CC 214 de modo que o terminal de entrada 234 do componente de filtro 216 receba potência de CC de saída 232. O componente de filtragem 216 é configurado para filtrar potência de CC de saída 232 para facilitar a redução de harmônicos e/ou tensões oscilantes na potência de CC para produzir potência de CC filtrada 238. O componente de filtragem 216 fornece potência de CC filtrada 238 ao terminal de saída 236, onde é então fornecida aos cabos de transmissão 108. O componente de filtragem 216 inclui quaisquer dispositivos que possibilitem a operação do conversor finai de transmissão 200 conforme descrito no presente documento, o que inclui, sem limitação, diodos, capacitores, e indutores, ou qualquer combinação dos mesmos, de modo que o componente de filtragem 216 facilite a redução da tensão oscilante e/ou harmônicos de potência de CC de saída 232 [0026] Durante a operação, o conversor CA/CA 206 recebe potência de CA de entrada 222 a partir da fonte de potência elétrica 102 no terminal de entrada 218 e transmite potência de CA de saída 224 a partir do terminal de saída 220. Na realização exemplificativa, o conversor CA/CA 206 controla a tensão de potência de CA de saída 224. Além disso» na realização exemplífícativa, o conversor CA/CA 206 controla a frequência de potência de CA de saída 224 de modo que a potência de CA de entrada 222 tenha uma frequência superior ou inferior à potência de CA de entrada 222. Por exemplo, em algumas realizações, o conversor CA/CA 206 amplifica a frequência de potência de CA de entrada 222 de modo que a frequência de potência de CA de salda 224 seja uma alta frequência, isto é, em uma faixa entre 100 Hz a 20 KHz. Alternativamente, o conversor CA/CA 206 controla um dentre a tensão e a frequência de potência de CA de saída 224.

[0027] Além disso, durante a operação, o retíficador CA/CC 214 recebe potência de CA amplificada 226 e converte potência de CA amplificada 226 para potência de CC de salda 232 que é transmitida ao componente de filtragem 216. O componente de filtragem 216 transmite potência de CC filtrada 238 aos cabos de transmissão 108. Dessa forma» o conversor final de transmissão 200 gera um campo elétrico que inclui pelo menos um componente de campo substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente de campo que varia com o tempo.

[0028] Pelo menos uma porção dos componentes no estágio de CA ativo 202 é eletricamente isolada da potência de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 204 por transformador de elevação 208. Especificamente, o transformador de elevação 208 isola eletricamente a porção do conversor final de transmissão 200 a montante dos enrolamentos secundários 212 da porção do conversor final de transmissão 200 a jusante dos enrolamentos primários 210 durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC 204. Mais especificamente, durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 204, a corrente de CC passa através dos enroíamentos secundários 212, mas não passa através dos enroiamentos primários 210. Consequentemente, os enroiamentos primários 210 têm uma quantidade substancialmente reduzida de isolamento de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC, enquanto os enroiamentos secundários 212 são isolados de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC. Em algumas realizações, os enroiamentos primários 210 substancialmente não têm isolamento de CC à terra.

[0029] Além disso, consequentemente, o isolamento 240 facilita o fornecimento dos componentes a jusante do isolamento de CC à terra dos enroiamentos primários 210, isto é, o isolamento 240 se estende a partir dos enroiamentos secundários 212 ao conversor final de recebimento 110, Alternativamente, se o conversor final de recebimento 110 estiver a uma distância estendida a partir do componente de filtragem 216 de modo que os cabos de transmissão 108 sejam longos, o isolamento 240 terminará logo a jusante de componente de filtragem 216.

[0030] Além disso, consequentemente, os componentes no estágio de CA ativo 202 a montante dos enroiamentos secundários 212 não precisam ser isolados de CC à terra, e, dessa forma, os enroiamentos primários 210 e o conversor CA/CA 206 substancialmente não têm isolamento em relação aos componentes substancialmente constantes do campo elétrico gerado pelo conversor final de transmissão 200, isto é, os mesmos substancialmente não têm isolamento de CC á terra, o que facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 200. Entretanto, tais componentes no estágio de CA ativo 202 a montante dos enroiamentos secundários 212 têm o isolamento de CA necessário para os componentes de campo que variam com o tempo.

[0031] Ta! configuração facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 200. Além disso» na realização exempiificativa, todos os componentes no estágio de conversão CA/CC passivo 204 são componentes passivos, por exemplo» e sem limitação» diodos, enrolamentos do transformador, e capacitores, e exigem menos isolamento de CC do que os componentes de CC ativos. The isolamento reduzido facifita a redução do custo e da presença de tamanho do conversor final de transmissão 200. Em algumas realizações, os componentes que usam isolamento 240, isto é, enrolamentos secundários 212, o retificador CA/CC 214, e o componente de filtragem 216 podem ser posicionados em um banho de óleo comum para facilitar a remoção de calor dos mesmos. 10032] Na realização exempiificativa» o conversor final de transmissão 200 é um sistema modular, Especificamente, em algumas realizações, o conversor final de transmissão 200 é um módulo integrado, único, de um ou mais módulos. Além disso, em algumas realizações, cada componente de conversor final de transmissão 200 é modular de modo que a montagem rápida e a substituição de componente sejam facilitadas, Além disso, em outras realizações, o estágio de CA ativo 202 e/ou o estágio de conversão CA/CC passivo 204 são, cada um, módulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com o retificador CA/CC 214. Além disso, em algumas realizações, o estágio de CA ativo 202 e/ou o estágio de conversão CA/CC passivo 204 são, cada um, submódulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com o retificador CA/CC 214 para formar o conversor final de transmissão 200.

[0033] A Figura 3 é uma vista esquemática de um conversor final de transmissão alternativo 300 que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). Nesta realização alternativa, o conversor final de transmissão 300 tem um estágio de CA ativo 302 e um estágio de conversão CA/CC passivo 304. O estágio de CA ativo 302 inclui uma pluralidade de conversores CA/CA paralelos 306 e uma pluralidade de transformadores de elevação paralelos 308, em que cada conversor CA/CA 306 é acoplado a um transformador de elevação 308, O transformador de elevação 308 inclui uma pluralidade de enroíamentos primários 310 e uma pluralidade de enroíamentos secundários 312, em que os enroíamentos 310 e 312 são eletromagneticamente acoplados quando energizados. O estágio de conversão CA/CC passivo 304 inclui uma pluralidade de retifícadores CA/CC paralelos 314 e componentes de filtragem 316. Os componentes do conversor final de transmissão 300 funcionam de uma maneira semelhante aos componentes semelhantes no conversor final de transmissão 200 (mostrado na Figura 2), Especifícamente, os conversores CA/CA 306 operam de forma semelhante ao conversor CA/CA 206. os transformadores de elevação 308 operam de forma semelhante ao transformador de elevação 208, os retifícadores CA/CC 314 operam de forma semelhante ao retíficador CA/CC 214, e os componentes de filtragem 316 operam de forma semelhante ao componente de filtragem 216 descrito acima em relação à Figura 2. Na realização exemplíficativa, a pluralidade de componentes ê disposta em seções de conversão de potências paralelas 340, com cada seção de conversão de potência 340 que inclui um conversor CA/CA 306, transformador de elevação 308, retíficador CA/CC 314, e componente de filtragem 316. (0034] Os terminais de saída 336 de cada componente de filtragem 316 são acoplados uns aos outros em série através de uma pluralidade de comutadores 337 (normalmente fechados e mostrados na posição aberta) de modo que os níveis de tensão de potência de CC filtrada 338 emitidos por cada seção de conversão de potência 340 sejam somados para produzir uma tensão de transmissão geral para o conversor final de transmissão 110. Na realização exemplíficativa. cada conversor CA/CA 306 é configurado para controlar a tensão de potência de CC filtrada 338 emitidos por cada seção de conversão de potência respectiva 340, Por exemplo, em uma realização, a tensão emitida por cada seção de conversão de potência 340 é substancialmentc semelhante. Alternativamente, cada conversor CA/CA 306 é configurado para controlar a tensão emitida por cada seção de conversão de potência 340 de qualquer maneira que possibilite que o conversor final de transmissão 300 emita potência de CC na tensão de transmissão predeterminada. A operação de cada seção de conversão de potência 340 é substancialmente semelhante à do conversor final de transmissão 200, [0035] Pelo menos uma porção dos componentes no estágio de CA ativo 302 é eletricamente isolada da potência de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 304 pelo transformador de elevação 308. Especificamente, cada transformador de elevação 308 isola eletricamente a porção de seção de conversão de potência 340 a montante dos enrolamentos secundários 312 a partir da porção de seção de conversão de potência 340 a jusante dos enrolamentos primários 310 durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC 304. Mais especificamente, durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 304, a corrente de CC passa através dos enrolamentos secundários 312, mas não passa através dos enrolamentos primários 310. Consequentemente, os enrolamentos primários 310 têm uma quantidade substancialmente reduzida de isolamento de CC em relação â terra para a tensão de transmissão de CC, enquanto os enrolamentos secundários 312 são isolados de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC. Em algumas realizações, os enrolamentos primários 310 substancialmente não têm isolamento de CC à terra.

[0036] Além disso, consequentemente, o isolamento 342 facilita o fornecimento dos componentes a jusante do isolamento de CC dos enrolamentos primários 310 à terra, isto é, o isolamento 342 se estende dos enrolamentos secundários 312 até o conversor final de recebimento 110.

Alternativamente, se o conversor final de recebimento 110 estiver a uma distância estendida a partir dos componentes de filtragem 316 de modo que os cabos de transmissão 108 sejam longos, o isolamento 342 terminará logo a jusante dos componentes de filtragem 316.

[0037] Além disso, consequentemente, os componentes no estágio de CA ativo 302 a montante dos enrolamentos secundários 312 não precisam ser isolados de CC à terra, e, dessa forma, os enrolamentos primários 310 e o conversor CA/CA 306 substancialmente não têm isolamento em relação aos componentes substancialmente constantes do campo elétrico gerado pelo conversor final de transmissão 200, isto é, substancialmente não têm isolamento de CC à terra, o que facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 300. Entretanto, tais componentes no estágio de CA ativo 302 a montante dos enrolamentos secundários 312 têm o isolamento de CA necessário para os componentes de campo que variam com o tempo.

[0038] Além disso, na realização exemptífícatíva, todos os componentes no estágio de conversão CA/CC passivo 304 são componentes passivos, por exemplo, e sem limitação, diodos, enrolamentos do transformador, e capacitares, e exigem menos isolamento de CC do que os componentes de CC ativos. O isolamento reduzido facilita a redução do custo e da presença de tamanho do conversor final de transmissão 300. Em algumas realizações, esses componentes que usam isolamento 342, isto é, os enrolamentos secundários 312, os retificadores CA/CC 314, e os componentes de fiitragem 316 podem ser posicionados em um banho de óleo comum para facilitar a remoção de calor dos mesmos.

[0039] Na realização exemplificativa, o conversor finai de transmissão 300 é um sistema modular. Especificamente, conversor final de transmissão 300 é formado a partir da pluralidade de seções de conversão de potências paralelas 340, onde cada seção 340 é um módulo integrado, único. Além disso, em algumas realizações, cada componente das seções de conversão de potências 340 é modular de modo que a montagem rápida e a substituição de componente sejam facilitadas. Além disso, em outras realizações, o estágio de CA ativo 302 e/ou o estágio de conversão CA/CC passivo 304 são, cada um, módulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com os retíficadores CA/CC 314. Além disso, em algumas realizações, cada estágio de CA ativo 302 e/ou cada estágio de conversão CA/CC passivo 304 são, cada um, submódulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com o retificador CA/CC 314 para formar cada seção de conversão de potência 340. {0040] A Figura 4 é uma vista esquemática de um outro conversor final de transmissão alternativo 400 que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). Nesta realização alternativa, o conversor final de transmissão 400 incluí urna pluralidade de seções de conversão de potências paralelas que inclui pelo menos uma seção de conversão de potência fina 440 e pelo menos uma seção de conversão de potência grossa 442. Cada seção de conversão de potência fina 440 inclui um conversor CA/CA 408, transformador de elevação 408, retificador CA/CC 414, e componente de filtragem 418. O transformador de elevação 408 inclui uma pluralidade de enrolamentos primários 410 e uma pluralidade de enrolamentos secundários 412, onde os enrolamentos 410 e 412 são eletromagnetícamente acoplados quando energízados. Cada seção de conversão de potência grossa 442 inclui um comutador 444, transformador de elevação 408, retificador CA/CC 414, e componente de filtragem 416. O comutador 444 é qualquer dispositivo de comutação que possibilita operação da seção de conversão de potência grossa 442 e do conversor final de transmissão 400 conforme descrito no presente documento, o que inclui, sem limitação, um dispositivo de comutação semicondutor e um dispositivo de comutação eletromecânico. De outra forma, os componentes do conversor final de transmissão 400 funcionam de uma maneira semelhante aos componentes semelhantes no conversor final de transmissão 200 (mostrado na Figura 2). Especificamente, os conversores CA/CA 406 operam de forma semelhante ao conversor CA/CA 206, os transformadores de elevação 408 operam de forma semelhante ao transformador de elevação 208, os retificadores CA/CC 414 operam de forma semelhante ao retificador CA/CC 214, e os componentes de filtragem 416 operam de forma semelhante ao componente de filtragem 216 descrito acima em relação à Figura 2, (0041] Os terminais de saída 436 de cada componente de filtragem 416 são acoplados uns aos outros em série através de uma pluralidade de comutadores 437 (normalmente fechados e mostrados na posição aberta) de modo que os níveis de tensão de potência de CC filtrada 438 emitidos por cada seção de conversão de potência 440 e 442 sejam somados para produzir uma tensão de transmissão geral para o conversor final de transmissão 400. Na realização exemplificai!va, a tensão de transmissão pode ser controlada em seções em bloco abrindo-se e/ou fechando-se os comutadores 444 de seções de conversão de potências grossas 442 e/ou controlada finamente alterando-se os parâmetros do conversor CA/CA 406.

[0042] Durante a operação, a seção de conversão de potência fina 440 controla a tensão de transmissão de conversor final de transmissão 400 com o conversor CA/CA 406 Mais especificamente, o conversor CA/CA 406 possibilita que a seção de conversão de potência fina 440 controle a tensão de transmissão de conversor final de transmissão 400 através do ajuste da emissão de tensão a partir do estágio de CA ativo 402 para estágio de conversão CA/CC passivo 404. Adícionalmente, a seção de conversão de potência grossa 442 contraia a tensão de transmissão de conversor finai de transmissão 400 com base na abertura e no fechamento de comutadores 444. Mais especificamente, quando fechados, os comutadores 444 conduzem potência de CA de entrada 422 ao transformador de elevação 408, onde é elevada à potência de CA amplificada 426 e fornecida ao retificador CA/CC 414. O retificador CA/CC 414 retifica a potência de CA amplificada 426 e emite potência de CC de saída 432 A potência de CC de saída 432 pode então ser filtrada peio componente de filtragem 416, e emitida aos cabos de transmissão 108. Quando abertos, os comutadores 444 servem como um circuito aberto que impede que a potência de CA de entrada 422 alcance o retificador CA/CC 414. Consequentemente, nenhuma potência de CC é emitida a partir da seção de conversão de potência grossa 442 quando o comutador 444 estiver aberto.

[0043] Pelo menos uma porção dos componentes no estágio de CA ativo 402 são eletricamente isolados da potência de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 404 peio transformador de elevação 408. Especificamente, cada transformador de elevação 408 isola eletricamente a porção da seção de conversão de potência 440 e/ou 442 a montante dos enrolamentos secundários 412 a partir da porção da seção de conversão de potência 440 a jusante dos enrolamentos primários 410 durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC 404. Mais especificamente, durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 404, a corrente de CC passa através dos enrolamentos secundários 412, mas não passa através dos enrolamentos primários 410. Consequentemente, os enrolamentos primários 410 têm uma quantidade substancialmente reduzida de isolamento de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC, enquanto os enrolamentos secundários 412 são isolados de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC. Em algumas realizações, os enrolamentos primários 410 substancialmente não têm isolamento de CC à terra.

[0044] Além disso, consequentemente, o isolamento 446 facilita o fornecimento dos componentes a jusante do isolamento de CC dos enrolamentos primários 410 à terra, isto é, o isolamento 446 se estende a partir dos enrolamentos secundários 412 ao conversor final de recebimento 110. Alternativamente, se o conversor final de recebimento 110 estiver a uma distância estendida a partir dos componentes de filtragem 416 de modo que os cabos de transmissão 108 sejam longos, o isolamento 446 terminará logo a jusante dos componentes de filtragem 416, [0045] Além disso, consequentemente, os componentes no estágio de CA ativo 402 a montante dos enrolamentos secundários 412 não precisam ser isolados de CC à terra, e, dessa forma, os enrolamentos primários 410 e o conversor CA/CA 406 substancialmente não têm isolamento de CC à terra, o que facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 400.

[0048] Além disso, consequentemente, os componentes no estágio de CA ativo 402 a montante dos enrolamentos secundários 412 não precisam ser isolados de CC à terra, e, dessa forma, os enrolamentos primários 410 e o conversor CA/CA 406 substancialmente não têm isolamento em relação aos componentes substancialmente constantes do campo elétrico gerado pelo conversor final de transmissão 400, isto é, substancialmente não têm isolamento de CC à terra, o que facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 400. Entretanto, tais componentes no estágio de CA ativo 402 a montante dos enrolamentos secundários 412 têm o isolamento de CA necessário para os componentes de campo que variam com o tempo, [0047] Além disso, na realização exemplificativa, todos os componentes no estágio de conversão CA/CC passivo 404 são componentes passivos, por exemplo, e sem limitação, diodos, enrolamentos do transformador, e capacitores, e exigem menos isolamento de CC do que os componentes de CC ativos. O isolamento reduzido facilita a redução do custo e da presença de tamanho do conversor final de transmissão 400. Em algumas realizações, aqueles componentes que usam isolamento 446, isto é, enroiamentos secundários 412. retífícadores CA/CC 414, e componentes de filtragem 416 podem ser posicionados em um banho de óleo comum para facilitar a remoção de calor dos mesmos.

[0048] Na realização exemplificativa, o conversor final de transmissão 400 é um sistema modular. Especificamente, o conversor final de transmissão 400 é formado a partir da pluralidade de seções de conversão de potências finas 440 e seções de conversão de potências grossas 442, onde cada seção 440 e 442 é um módulo integrado, único. Além disso, em algumas realizações, cada componente das seções de conversão de potências 440 e/ou 442 é modular de modo que a montagem rápida e a substituição de componente sejam facilitadas. Além disso, em outras realizações, o estágio de CA ativo 402 e/ou o estágio de conversão CA/CC passivo 404 são, cada um, módulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com os retífícadores CA/CC 414. Além disso, em algumas realizações, cada estágio de CA ativo 402 e/ou cada estágio de conversão CA/CC passivo 404 são, cada um, submódulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com o retificador CA/CC 414 para formar cada seção de conversão de potência 440 e 442.

[0049] A Figura 5 é uma vista esquemáttca de ainda outro conversor final de transmissão alternativo 500 que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). Nesta realização alternativa, o conversor final de transmissão 500 é semelhante ao conversor final de transmissão 300 (mostrado na Figura 3) com as exceções descritas abaixo. Cada seção de conversão de potência 540 (quatro mostradas na Figura 5) é substancialmente idêntica e» na realização exemplificativa, incluí um comutador de desativação CA 550 posicionado a montante e em série com cada conversor paralelo CA/CÂ 506. Além disso, cada seção de conversão de potência 540 inclui um dispositivo de aterramento 552 que inclui um comutador de aterramento 554 acoplado a jusante de cada conversor CA/CA 506.

[0050] Além disso, nesta realização alternativa, o conversor final de transmissão 500 tem um estágio de CA ativo 502 e um estágio de conversão CA/CC passivo 504. O estágio de CA ativo 502 inclui conversores CA/CA paralelos 506 e uma pluralidade de transformadores de elevação paralelos 508, onde cada conversor CA/CA 506 é acoplado a um transformador de elevação 508, O transformador de elevação 508 inclui uma pluralidade de enrolamentos primários 510 e uma pluralidade de enroiamentos secundários 512, onde os enrolamentos 510 e 512 são eletromagneticamente acoplados quando energizados. O estágio de conversão CA/CC passivo 504 inclui uma pluralidade de retificadores CA/CC paralelos 514. Entretanto, diferentemente do estágio de conversão CA/CC passivo 304 (mostrado na figura 3), o conversor fina! de transmissão 500 não inclui nenhum componente de filtragem de CC. Os componentes do conversor final de transmissão 500 funcionam de uma maneira semelhante aos componentes semelhantes no conversor final de transmissão 300. Especificamente, os conversores CA/CA 506 operam de forma semelhante aos conversores CA/CA 306, transformadores de elevação 508 operam de forma semelhante ao transformadores de elevação 308, e retificadores CA/CC 514 operam de forma semelhante ao retificadores CA/CC 314 em relação à Figura 3. Na realização exemplificativa, a pluralidade de componentes é disposta em seções de conversão de potências paralelas 540, com cada seção de conversão de potência 540 que inclui um conversor CA/CA 506, transformador de elevação 508, e retificador CA/CC 514 bem como um comutador de desativação CA 550 e dispositivo de aterramento 552 que inclui comutador de aterramento 554. Algumas realizações podem incluir um comutador de desativação CC (não mostrado) em proximidade com e/ou a jusante do retifícador CA/CC 514, onde o comutador de desativação CC é semelhante ao comutador de desativação CA 550. |00513 Os terminais de saída 538 de cada retifícador CA/CC 514 são acoplados uns aos outros em série através de uma pluralidade de comutadores 537 (normalmente fechados e mostrados na posição aberta) de modo que os níveis de tensão de potência de CC 538 emitidos por cada seção de conversão de potência 540 sejam somados para produzir uma tensão de transmissão geral para o conversor final de transmissão 110. Na realização exemplificativa. cada conversor CA/CA 506 é configurado para controlar a tensão de potência de CC 538 emitida por cada seção de conversão de potência respectiva 540. Por exemplo, em uma realização, a tensão emitida por cada seção de conversão de potência 540 é substancialmente semelhante. Alternativamente, cada conversor CA/CA 506 é configurado para controlar a tensão emitida por cada seção de conversão de potência 540 de qualquer maneira que possibilite que o conversor final de transmissão 500 emita potência de CC na tensão de transmissão predeterminada. A operação de cada seção de conversão de potência 540 é substancialmente semelhante à da seção de conversão de potência 340.

[0052] Pelo menos uma porção dos componentes no estágio de CA ativo 502 é eletricamente isolada da potência de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 504 pelo transformador de elevação 508. Específícamente, cada transformador de elevação 508 isola eletricamente a porção de seção de conversão de potência 540 a montante dos enrofamentos secundários 512 a partir da porção de seção de conversão de potência 540 a jusante dos enrolamentos primários 510 durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC 504. Mais especificamente, durante uma falha de CC no estágio de conversão CA/CC passivo 504, a corrente de CC passa através dos enrotamentos secundários 512, mas não passa através dos enrolamentos primários 510. Consequentemente, os enrolamentos primários 510 têm uma quantidade substancialmente reduzida de isolamento de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC, enquanto os enrolamentos secundários 512 são isolados de CC em relação à terra para a tensão de transmissão de CC. Em algumas realizações, enrolamentos primários 510 substancialmente não têm isolamento de CC à terra.

[0053] Além disso, consequentemente, o isolamento 542 facilita o fornecimento dos componentes a Jusante dos enrolamentos primários 510 isolamento de CC à terra, isto é, o isolamento 542 se estende a partir dos enrolamentos secundários 512 até a jusante de retificadores CA/CC 514. Alternativamente, se o conversor finai de recebimento 110 estiver a uma distância curta a partir dos retificadores CA/CC 514 de modo que os cabos de transmissão 108 são short, o isolamento 542 pode se estender até o conversor final de recebimento 110, [0054] Além disso, consequentemente, os componentes no estágio de CA ativo 502 a montante dos enrolamentos secundários 512 não precisam ser isolados de CC à terra, e, dessa forma, os enrolamentos primários 510 e o conversor GA/CA 506 substancialmente não têm isolamento de CC à terra, o que facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 500.

[0055] Além disso, consequentemente, os componentes no estágio de CA ativo 502 a montante dos enrolamentos secundários 512 não precisam ser isolados de CC à terra, e, dessa forma, os enrolamentos primários 510 e o conversor CA/CA 506 substancialmente não têm isolamento em relação aos componentes substancialmente constantes do campo elétrico gerado pelo conversor final de transmissão 500, isto é, substancialmente não têm isolamento de CC à terra, o que facilita a redução da quantidade de isolamento de CC no conversor final de transmissão 500. Entretanto, tais componentes no estágio de CA ativo 502 a montante dos enrolamentos secundários 512 têm o isolamento de CA necessário para os componentes de campo que variam com o tempo.

[0056] Além disso, na realização exempiíficativa, todos os componentes no estágio de conversão CA/CC passivo 504 são componentes passivos, por exemplo, e sem limitação, diodos, enrolamentos do transformador, e capacitores, e exigem menos isolamento de CC do que os componentes de CC ativos, O isolamento reduzido facilita a redução do custo e da presença de tamanho do conversor final de transmissão 500, Em algumas realizações, os componentes que usam isolamento 542, isto é, enrolamentos secundários 512, e os retificadores CA/CC 514 podem ser posicionados em um banho de óleo comum para facilitar a remoção de calor dos mesmos, [0057] No caso em que um dos conversores CA/GA paralelos 506 precisa ser removido do serviço, a seção de conversão de potência 540 associada é isolada através da abertura do comutador de desativação CA 550 associado e/ou comutador de desativação CC associado e fechamento do comutador de aterramento 554 associado. O comutador 537 associado pode permanecer fechado e o restante das seções de conversão de potências 540 pode permanecer em serviço.

[0058] Na realização exempiíficativa, o conversor final de transmissão 500 é um sistema modular. Especificamente, o conversor final de transmissão 500 é formado a partir da pluralidade de seções de conversão de potências 540, onde cada seção 540 é um módulo integrado, único. Além disso, em algumas realizações, cada componente das seções de conversão de potências 540 é modular de modo que a montagem rápida e a substituição de componente sejam facilitadas, Além disso, em outras realizações, o estágio de CA ativo 502 e/ou o estágio de conversão CA/CC passivo 504 são, cada um, módulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com os retíficadores CA/CC 514, Além disso, em algumas realizações, cada estágio de CA ativo 502 e/ou cada estágio de conversão CA/CC passivo 504 são, cada um, submódulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com o retificador CA/CC 514 para formar cada seção de conversão de potência 540.

[0059] A Figura 6 é uma vista esquemátíca de ainda outro conversor final de transmissão alternativo 600 que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1) que tem um retificador CA/CC 614 com uma pluralidade de diodos 660 que tem um modo de falha de curto-circuito. O conversor final de transmissão 600 é semelhante ao conversor final de transmissão 500 (mostrado na Figura 5) com as exceções descritas abaixo. Cada seção de conversão· de potência 640 (quatro mostradas na Figura 6) é substancialmente idêntica e não inclui um comutador de desativação CA 550 (mostrado na Figura 5) posicionado a montante e em série com cada conversor paralelo CA/CA 606. Além disso, cada seção de conversão de potência 640 não inclui um dispositivo de aterramento 552 (mostrado na Figura 5), Em vez disso, para se adaptar a potenciais falhas de curto-circuito no estágio de conversão CA/CC passivo 604, sem aumentar o tamanho e o peso de conversor final de transmissão 600, os diodos 660 são configurados para responderem a um valor de corrente predeterminado tipicamente associado com curtos-círcuitos por não conseguirem obter uma condição de curto-circuito estável com uma resistência comparável à de um diodo 660 normal em condução para frente. Além disso, os retíficadores CA/CC 614 são acoplados através de barramentos de CC 662 configurados para acoplar os retíficadores CA/CC 614 em série no fado de CC para facilitar o fluxo de corrente contínua através de um diodo falhado 660, dessa forma, removendo com eficácia a seção de conversão de potência 640 afetada de serviço enquanto mantem o restante das seções de conversão de potências 640 em serviço.

[0060] Na realização exemplificativa, o conversor final de transmissão 600 é um sistema modular. Especificamente, o conversor final de transmissão 600 é formado a partir da pluralidade de seções de conversão de potências 640, onde cada seção 640 é um módulo integrado, único. Além disso, em algumas realizações, cada componente das seções de conversão de potências 640 é modular de modo que a montagem rápida e a substituição de componente sejam facilitadas. Além disso, em outras realizações, o estágio de CA ativo 602 e/ou estágio de conversão CA/CC passivo 604 são, cada um, módulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com os retificadores CA/CC 614. Além disso, em algumas realizações, cada estágio de CA ativo 602 e/ou cada estágio de conversão CA/CC passivo 604 são, cada um, submódulos independentes, integrados, unitários que são acoplados entre si em proximidade com o retificador CA/CC 614 para formar cada seção de conversão de potência 640.

[0061] A Figura 7 é uma vista esquemática de uma porção de um retificador CC/CC passivo 714 que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). O retificador CC/CC 714 incluí uma pluralidade de diodos 760 acoplados em série. O retificador CC/CC 714 também inclui pelo menos um comutador controlável ativamente 770 (dois mostrados na Figura 7) paralelamente a cada diodo 760, e configurado para desviar dos mesmos. Os comutadores 770 são dispositivos de comutação semicondutores ativos como, sem limitação, IGBTs e tiristores. Os diodos 760 e os comutadores 770 são posicionados entre um terminal positivo 772 e um terminal negativo 774. Os terminais 772 e 774 são acoplados aos cabos de transmissão 114 (mostrados na Figura 1). Alternativamente, os terminais 772 e 774 são acoplados a quaisquer cabos de transmissão em qualquer configuração que possibilite a operação do retificador CC/CC 714 e sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento. O retificador CC/CC 714 pode ser usado como os retificadores CC/CC 214, 314, 414, 514, e 614 (mostrados nas Figuras 2 a 6, respectivamente).

[0062] Os comutadores não submersos 770 facilitam a redução de transmissão de corrente ao conversor final de recebimento submerso 110 através de cabos de transmissão submersos 114 (ambos mostrados na Figura 1) no caso de uma falha de CC. por exemplo, uma condição de curto-circuito na porção de CC do sistema de transmissão de potência de CC 100. Além disso, os comutadores 770 também facilitam a descarga da carga capacitiva nos cabos 110. Dessa forma, uma vez que tal condição de defeito é detectada, os comutadores 770 são operados para transmitir corrente a partir do terminal positivo 772 ao terminal negativo 774, desviando dessa forma dos diodos 760 que são inclinados na direção oposta. Tal operação controlada facilita a dissipação de peio menos uma porção da energia armazenada nos cabos 110 através de um uma porção não submersa predeterminada de uma maneira que é peto menos parcialmente controlada, em vez de dissipar a energia pela localização desconhecida do defeito, possivelmente submerso, de uma maneira não controlada. Dessa forma, o potencial de danos na localização do defeito ou outra porção submersa do sistema 100 é diminuído.

[0063} A Figura 8 é uma vista esquemática de uma porção de um retificador CC/CC passivo 814 alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). O retificador CC/CC 814 inclui uma pluralidade de diodos 860 acoplados em série. O retificador CC/CC 814 também incluí uma pluralidade de comutadores controláveis ativamente 870 acoplados em série (dois mostrados na Figura 8) entre si e acoplados paralelamente a todos os d iodos 860, e configurados para desviar dos mesmos. Os comutadores 870 são dispositivos de comutação semicondutores ativos como, sem limitação, IGBTs e tiristores. Os diodos 860 e os comutadores 870 são posicionados entre um terminal positivo 872 e um terminal negativo 874. Os terminais 872 e 874 são acoplados aos cabos de transmissão 114 (mostrados na Figura 1). Alternativamente, os terminais 872 e 874 são acoplados a quaisquer cabos de transmissão em qualquer configuração que possibilitem a operação do retificador CC/CC 814 e do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento. A operação dos comutadores 870 é semelhante à descrita acima para comutadores 770 (mostrados na Figura 7). O retificador CC/CC 814 pode ser usado como os retificadores CC/CC 214, 314, 414, 514, e 614 (mostrados nas Figuras 2 a 6, respectivamente).

[0064] A Figura 9 é uma vista esquemática de uma porção de um retifícador CC/CC passivo 914 alternativo que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). O retifícador CC/CC 914 inclui uma pluralidade de diodos 960. O retifícador CC/CC 914 também incluí uma pluralidade de módulos, isto é, um primeiro módulo 965, um segundo módulo 967, e um terceiro módulo 969. O retifícador CC/CC 914 incluí adicionalmente uma pluralidade de comutadores controláveis ativamente 970. Os comutadores 970 são dispositivos de comutação semicondutores ativos como, sem limitação, IGBTs e tiristores. A operação de comutadores 970 é semelhante à descrita acima para comutadores 770 (mostrados na Figura 7). O retifícador CC/CC 914 pode ser usado como os retificadores CC/CC 214, 314, 414, 514, e 614 (mostrados nas Figuras 2 a 6, respectivamente).

[0065] Cada comutador 970 é acoplado paralelamente a cada d iodo 960 em configurações ligeiramente diferentes nos módulos 965, 967, e 969. Na realização exemplificativa, os módulos 965, 967, e 969 são acoplados em série entre um terminal positivo 972 e um terminal negativo 974, Alternativamente, qualquer configuração dos módulos 965, 967, e 969 que possibilite a operação do retificador CC/CC 914 o do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento é usada. Os terminais 972 e 974 são acoplados aos cabos de transmissão 114 {mostrados na Figura 1). Alternativamente, os terminais 972 e 974 são acoplados a quaisquer cabos de transmissão em qualquer configuração que possibilite a operação do retificador CC/CC 914 e do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento.

[0066] O módulo 965 inclui uma configuração de diodo/comutador 980 que inclui uma pluralidade de submódulos de diodo/comutador 982 (dois mostrados na Figura 9) acoplados em série. Cada submódulo de diodo/comutador 982 inclui um diodo 960 e um comutador 970 acoplados paralelamente entre si com o comutador 970 configurado para desviar do diodo 960. Alternativamente, qualquer número de díodos 960 e comutadores 970 em qualquer combinação é usado para que possibilite a operação do retificador CC/CC 914, do módulo 965, e do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento.

[0067] O módulo 967 inclui uma configuração de diodo/comutador 984 que inclui uma pluralidade de submódulos de diodo/comutador 986 (dois mostrados na Figura 9) acoplados em série. Cada submódulo de diodo/comutador 986 inclui um diodo 960 e um comutador 970 acoplados paralelamente entre si com o comutador 970 configurado para desviar de diodo 960. Em contraste aos submódulos 982, os díodos 960 e os comutadores 970 são fisicamente trocados entre si enquanto mantêm polaridades e orientações semelhantes. Alternativamente, qualquer número de díodos 960 e comutadores 970 em qualquer combinação é usada para que possibilite a operação do retificador CC/CC 914, do módulo 967, e do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento, [0088] O módulo 969 inclui uma configuração de diodo/comutador 988 que inclui uma combinação de submódulos de diodo/comutador 982 e 986 (um de cada mostrados na Figura 9) acoplados em série. Atternativamente, qualquer número de d iodos 960 e comutadores 970 em qualquer combinação é usada para que possibilite a operação do retificador CC/CC 914, do módulo 989, e do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento.

[00691A Figura 10 é uma vista esquemática de um dispositivo de curto-circuito 990 que pode ser usado com o sistema de transmissão de potência de CC 100 (mostrado na Figura 1). O dispositivo de curto-circuito 990 é posicionado entre o conversor CA/CA 202 e o transformador de elevação 206. Configurações semelhantes são também usadas para os conversores CA/CA 302, 402, 502, e 602 e os transformadores 306, 406, 508, e 606, respectivamente, O dispositivo de curto-circuito 990 inclui pelo menos um comutador 992 (apenas um mostrado na Figura 10) que normalmente está aberto e mostrado na posição aberta. O comutador 992 é qualquer dispositivo de comutação que possibilite a operação do dispositivo de curto-circuito 990 e do sistema de transmissão de potência de CC 100 conforme descrito no presente documento, que inclui, sem limitação, um dispositivo de comutação semicondutor e um dispositivo de comutação eletromecânico. Em contraste aos dispositivos de curto-circuito que incluem uma pluralidade de comutadores configurados para acoplar e encurtar todas as três fases A, B, e C, o dispositivo de curto-circuito 990 inclui apenas um comutador 992 que é configurado para encurtar apenas duas fases (fases B e C conforme mostrado na Figura 10). Portanto, o dispositivo de curto-circuito 990 é mais simples, menor, e mais leve do que dispositivos de encurtamento de três fases.

[0070] As realizações descritas no presente documento revelam um sistema de transmissão de potência de CC que transmite potência elétrica a partir de uma fonte elétrica de CA a uma carga elétrica, por exemplo, um motor CC. O sistema de transmissão de potência de CC inclui um conversor final de transmissão que converte a potência de CA em potência de CC. Especificamente, o conversor final de transmissão descrito no presente documento inclui um estágio de CA que inclui um conversor CA/CA e um estágio de conversão CA/CC que inclui um retificador CA/CC acoplado ao estágio de CA através de um transformador que inclui enrolamentos primários e secundários eietromagneticamente acoplados entre si, Dessa forma, o conversor final de transmissão é configurado para gerar um campo elétrico que inclui pelo menos um componente de campo substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente de campo que varia com o tempo, O conversor final de transmissão descrito no presente documento facilita a redução do número de componentes de estágio de conversão CA/CC que exigem isolamento de CC em alta tensão em relação á terra, Especifícamente, o sistema de transmissão de potência de CC descrito no presente documento inclui um conversor final de transmissão que facilita a redução da quantidade de componentes ativos que exigem isolamento de CC em alta tensão.

[0071 ] Além disso, pelo menos alguns dos componentes contidos no conversor final de transmissão descrito no presente documento substancíalmente não têm isolamento em relação aos componentes substancialmente constantes do campo elétrico, isto é, substancialmente não têm isolamento de CC à terra. Mais especificamente, o conversor CA/CA e os enrolamentos primários do transformador têm uma quantidade reduzida de total isolamento à terra em comparação com um conversor CC/CC operado no mesmo nível de tensão de transmissão. Consequentemente, o conversor CA/CA e o transformador têm um custo reduzido em isolamento de CC e uma presença de tamanho reduzida em comparação com conversores CC/CC conhecidos. Adicionalmente, os dispositivos de controle de corrente e tensão ativos são posicionados no lado de CA do sistema de transmissão enquanto apenas os componentes passivos são posicionados no lado de CC do sistema de transmissão. Os componentes passivos exigem menos isolamento do que os componentes ativos, e o conversor final de transmissão pode ser ainda menor e mais leve.

[G072J Além disso, o sistema de transmissão de potência de CC e o conversor final de transmissão descritos no presente documento incluem um conversor CA/CA que também controla a frequência da potência de CA fornecida ao estágio de conversão CA/CC. Em uma realização, o conversor CA/CA amplifica a frequência a uma alta frequência, por exemplo, a partir de 100 Hertz (Hz) a 100 kHz, e mais preferencialmente entre 100 a 20 kHz. Em tal implantação, o sistema de transmissão de CC inclui um transformador de alta frequência entre o estágio de CA e o estágio de conversão CA/CC que eleva passivamente a tensão da potência de CA, O transformador de alta frequência exige menos fios com perdas indutivas reduzidas, o que possibilita que o transformador de alta frequência ocupe menos espaço do que um transformador padrão de 50 Hz ou 80 Hz.

[0073] Além disso, o conversor final de transmissão da presente revelação também possibilita o controle fino da tensão de transmissão através do acoplamento de uma pluralidade de seções de conversão de potências em paralelo. Em uma realização, o estágio de CA incluí uma pluralidade de conversores CA/CA paralelos. Em uma outra realização, o estágio de CA inclui um conversor CA/CA e pelo menos um comutador elétrico operado paralelamente. O comutador elétrico fornece grandes mudanças na tensão de transmissão quando comutado, enquanto o conversor CA/CA fornece o controle fino da tensão de transmissão, Em cada realização, uma porção do estágio de CA não exige substancíalmente isolamento de CC à terra.

[0074] Além disso» algumas realizações do conversor final de transmissão descrito no presente documento facilitam tirar porções do conversor para fora de serviço enquanto mantem a maioria dos dispositivo em serviço através de comutadores de isolamento, comutadores de aterramento, e d iodos falham a uma condição de curto-circuito estável. (00751 Um efeito técnico exemplificativo dos métodos, sistemas, e aparelho descritos no presente documento inclui pelo menos um dentre: (a) reduzir a quantidade de isolamento de CC à terra usada em um conversor final de transmissão; (b) reduzir a presença física de um conversor final de transmissão; (c) fornecer controle fino e grosso da tensão de transmissão do conversor fina! de transmissão com o uso de um estágio de CA ativo; e (d) fornecer mecanismos para remover uma porção do conversor final de transmissão de serviço enquanto mantem o restante do conversor em serviço.

[0076] As realizações exempiificativas de sistemas de transmissão de CC e conversores finais de transmissão são descritos acima em detalhes. Os conversores finais de transmissão e os métodos para operar e fabricar os mesmos não são limitados às realizações específicas descritas no presente documento, em vez disso, os componentes de sistemas e/ou etapas dos métodos podem ser utilizados índependentemente e separadamente dos outros componentes e/ou etapas descritos no presente documento.

[0077] Apesar de funções específicas de várias realizações poderem ser mostradas em algumas figuras e não em outras, é apenas por conveniência. Qualquer função de uma figura pode ser citada e/ou reivindicada em combinação com qualquer função de qualquer outra figura.

[0078] Esta descrição escrita usa exemplos para descrever as realizações da revelação, incluindo o melhor modo, e também para possibilitar que qualquer pessoa versada na técnica pratique os sistemas e os métodos descritos no presente documento, incluindo a fabricação e o uso de quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados, O escopo patenteável da revelação é definido pelas reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram aos versados na técnica. Tais outros exemplos são destinados a estarem contidos no escopo das reivindicações se possuírem elementos que não difiram da linguagem literal das reivindicações, ou se incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações.

Reivindicações

Claims (14)

1, SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA (CC) (100), caracterizado pelo fato de ser configurado para gerar um campo elétrico que inclui pelo menos um componente substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente que varia com o tempo, sendo que o sistema de transmissão de potência de CC compreende: um estágio de corrente alternada (CA) (202;302;402;502;602) configurado para receber potência elétrica de CA, sendo que o dito estágio de CA compreende: um transformador (208;308;408;508;608) que compreende enrolamentos primários (21Q;310;410;510;610) e enroiamentos secundários (212;312;412;512;612) configurados para serem eletromagneticamente acoplados entre sí e eletricamente isolados uns dos outros: e um conversor GA/CA (206;306;406;506;606) que substancialmente não tem funções de isolamento contra o pelo menos um componente substancialmente constante do campo elétrico e que é eletricamente acoplado a pelo menos um enrolamento primário dos ditos enrolamentos primários: e um estágio de conversão CA/CC (204;304;404;5G4;604) posicionado a jusante do dito estágio de CA, sendo que o dito estágio de conversão CA/CC compreende um retificador CA/CC (214;314;414;514;614) configurado para converter potência elétrica de CA em potência elétrica de CC sem controle externo, sendo que o dito retificador CA/CC é acoplado a pelo menos um enrolamento secundário dos ditos enrolamentos secundários.

2. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito conversor CA/CA (506) e o dito retificador CA/CC (514) formam pelo menos parcialmente uma seção de conversão de potência (540), sendo que a dita seção de conversão de potência compreende pelo menos um dispositivo de desativação (550:554) configurado para desativar seletivamente pelo menos uma porção da dita seção de conversão de potência.

3. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100). de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um dispositivo de desativação (550:554) compreende pelo menos um dentre: um comutador de desativação (550) acoplado em série com o dito pelo menos um conversor CA/CA (506); e um comutador de aterramento (554) acoplado ao dito pelo menos um conversor CA/CA.

4. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100). de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um estágio de conversão CA/CC (204;304;404;504;604) compreende adícíonatmente um comutador controlável (770;87G;970) que facilita a transmissão de corrente a partir de um terminal (772:872:972) que tem uma polaridade positiva a um terminal (774:874:974) que tem uma polaridade negativa.

5. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 4. caracterizado pelo fato de que o dito comutador controlável (770:870:970) compreende um tiristor.

6. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100). de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a potência elétrica de CA é transmitida a partir de uma rede elétrica de CA que tem uma frequência de rede elétrica de CA, sendo que o dito conversor CA/CA (206;306;406;506;606) é configurado para aumentar a frequência da potência elétrica de CA a partir da rede elétrica de CA.

7. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a potência elétrica de CA é transmitida a partir de uma rede elétrica de CA que tem uma frequência de rede elétrica de CA, sendo que o dito transformador (208;308;408;508;608) é configurado para operar com uma frequência fundamental que é diferente da frequência de rede elétrica de CA.

8. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito conversor CA/CA (206;306;406;506;606) compreende uma pluralidade de conversores CA/CA paralelos.

9. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o dito retificador CA/CC (214:314;414;514;614) compreende uma pluralidade de retÍficadores CA/CC paralelos posicionados a jusante da dita pluralidade de conversores CA/CA paralelos (206;306;408;506;606).

10. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito estágio de CA (402) compreende adicionaimente um comutador (444) acoplado paralelamente ao dito conversor CA/CA (406), em que o dito comutador é seletivamente controlado para pelo menos um dentre aumentar e diminuir um nível de tensão de transmissão do dito estágio de CA.

11. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o dito comutador (444) facilita o controle grosso da tensão de transmissão e o dito conversor CA/CA (406) facilita o controle fino da tensão de transmissão.

12. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 1. caracterizado pelo fato de que o dito estágio de conversão CA/CC (204;304;404) compreende adicionalmente um componente de filtragem (216;316;416) posicionado a jusante do- dito retificador CA/CC (214:314,414), sendo que o dito componente de filtragem é configurado para facilitar a redução de pelo menos um dentre a oscilação de CC e harmônicos de CA na potência elétrica de CC.

13. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE POTÊNCIA DE CC (100), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito retificador CÂ/CC (614) compreende um diodo (660) configurado para atingir uma condição de curto-circuito estável.

14. CONVERSOR FINAL DE TRANSMISSÃO (106;200;300;4G0;5Q0;6G0), para um sistema de transmissão de cc (100), caracterizado pelo fato de que o dito conversor final de transmissão é configurado para gerar um campo elétrico que inclui pelo menos um componente substancialmente constante em relação ao tempo e pelo menos um componente que varia com o tempo, sendo que o dito conversor final de transmissão compreende: um estágio de corrente alternada (CA) (202:302;402;502:602) configurado para receber potência elétrica de CA, sendo que o dito estágio de CA compreende: um transformador (208.308:408;508;608) que compreende enrolamentos primários (210:310:410:510:610) e enrolamentos secundários (212;312;412;512;612) configurados para serem eletromagnetícamente acoplados entre si e eletricamente isolados uns dos outros; e um conversor CA/CA (206;306;406:506;606) que substancíaimente não tem funções de isolamento contra o pelo menos um componente substancíaimente constante do campo elétrico e que é eletricamente acoplado a pelo menos um enrolamento primário dos ditos enrolamentos primários; e um estágio de conversão CA/CC (204;304;404;504;604) posicionado a jusante do dito estágio de CA, sendo que o dito estágio de conversão CA/CC compreende um retifícador CA/CC (214;314;414;514;614) configurado para converter potência elétrica de CA em potência elétrica de CC sem controle externo, em que o dito retifícador CA/CC é acoplado a pelo menos um enrolamento secundário dos ditos enrolamentos secundários-