BR102015011840A2 - Power transmission and distribution system and method for transmitting power to a underwater load - Google Patents

Abstract

trata-se de um sistema de transmissão e distribuição de potência (40) que inclui um lado de fornecimento que tem uma fonte de corrente (42) e um lado de recepção. o lado de recepção inclui um conversor modular com uma pluralidade de conversores de fonte de corrente de corrente contínua (cc) em corrente alternada (ca) (50, 52, 54, 56) conectada em série com a fonte de corrente e uma pluralidade de retificadores de ca-cc (60, 62, 64, 66) conectada em paralelo para alimentar potência a uma multiplicidade de cargas (68). cada um dos conversores de fonte de corrente de cc-ca alimenta potência a um retificador de ca-cc correspondente e inclui uma pluralidade de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso (102, 104, 106, 108) que têm capacidade de bloqueio de tensão bidirecional. ademais, uma corrente da fonte de corrente flui em pelo menos um comutador completamente controlável de bloqueio reverso a qualquer momento.

Description

“SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA E MÉTODO PARA TRANSMITIR POTÊNCIA PARA UMA CARGA SUBMARINA” Antecedentes da Invenção [001] A invenção refere-se em geral à transmissão de potência e mais especificamente a um sistema e método para transmissão de potência elétrica para equipamento elétrico submarino.

[002] O equipamento elétrico submarino tal como um motor submarino que aciona um compressor de gás tem uma taxa de potência nominal mais alta (por exemplo, na ordem de 10 ou 15 MW). Desse modo, pode-se exigir que as agregações de compressão submarina transmitam uma potência total na ordem de 50 a 100 MW ao longo de uma distância de 100 ou 200 km. A transmissão de alta potência ao longo de uma distância de mais de 100 km e distribuição submarina da potência é um problema muito desafiador. Uma tal transmissão é feita em altas tensões para reduzir perdas. Na extremidade submarina de recepção, a tensão é reduzida gradualmente e, então, distribuída para as cargas individuais. As distâncias de distribuição são tipicamente muito mais curtas que a distância de transmissão.

[003] A transmissão e distribuição de potência de corrente alternada (CA) trifásica é um modo de transmitir potência para equipamento submarino. A transmissão de potência de CA, embora madura, fornece desafios técnicos para aplicações onde uma grande quantidade de potência é transmitida sobre longos cabos. Devido à capacitância de cabo, uma quantidade significativa de potência reativa necessita ser fornecida pela fonte de potência e carregada pelo cabo. A capacitância faz com que a corrente de carga flua ao longo do comprimento do cabo de CA. Devido ao fato de o cabo precisar carregar essa corrente de carga em adição à corrente de carga útil, as perdas do cabo são altas; os cabos são superestimados e dispendiosos. Grandes exigências de potência reativa podem desencadear questões de estabilidade de sistema de potência.

[004] Â limitação de transmissão e distribuição de CÂ pode ser aliviada por transmissão de corrente contínua (CC). A CC em alta tensão (AT) exige tipicamente o uso de conversores eletrônicos de potência nos sistemas de transmissão que têm a capacidade de converter entre CAAT e CCAT. Conversores comutados em linha (ICC) e conversores com fonte em tensão (VSC) são exemplos de tais conversores eletrônicos de potência. Entretanto, conversores de LCC exigem uma quantidade significativa de filtros para fornecer alimentação para a potência reativa desejada enquanto que conversores de VSC exigem grandes capacitores de CC que afeta a confiança e manutenção.

[005] Portanto, ainda existe uma necessidade de um sistema e método compacto e confiável para transmissão de potência elétrica para equipamento submarino.

Breve Descrição [006] De acordo com uma realização da presente técnica, é fornecido um sistema de transmissão e distribuição de potência. O sistema inclui um lado de fornecimento que tem uma fonte de corrente e um lado de recepção. O lado de recepção inclui um conversor modular que tem uma pluralidade de conversores de fonte de corrente de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) conectada em série com a fonte de corrente e uma pluralidade de retíficadores de CA-CC conectada em paralelo para alimentar potência a uma multiplicidade de cargas, em que cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA alimenta potência a um retificador de CA-CC correspondente. Cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA inclui uma pluralidade de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso que tem capacidade de bloqueio de tensão bídirecionai. Ademais, uma corrente da fonte de corrente flui em peto menos um comutador compíetamente controlável de bloqueio reverso a qualquer momento.

[007] De acordo com uma outra realização da presente técnica, é fornecido um método para transmitir potência para uma carga submarina. O método inclui o fornecimento de uma pluralidade de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso que tem capacidade de bloqueio de tensão bidirecional para formar cada de uma pluralidade de conversores de fonte de corrente de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA). O método inclui adícionalmente conectar a pluralidade de conversores de fonte de corrente de CC-CA em série com uma fonte de corrente de lado de alimentação e alimentar potência de CA a uma pluralidade de retificadores de CA-CC a partir da pluralidade de conversores de fonte de corrente de CC-CA, em que alimentar potência de CA incluí acoplar cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA a um retificador de CA-CC correspondente; em que uma corrente da fonte de corrente de lado de alimentação flui em pelo menos um comutador completamente controlável de bloqueio reverso a qualquer momento, O método também inclui acoplar a pluralidade de retificadores de CA-CC em paralelo para alimentar potência à carga submarina.

Figuras [008] A Figura 1 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de transmissão/distribuição de potência submarina da técnica anterior com conversores de potência empilhados de forma modular.

[009] A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra um sistema de transmissão/distribuição de potência submarina com conversores de fonte de corrente modular de acordo com uma realização da presente técnica, [010] A Figura 3 é um diagrama esquemático que ilustra uma seção detalhada do sistema de transmissão/distribuição de potência submarina da Figura 2 de acordo com uma realização da presente técnica.

[011] A Figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra uma seção detalhada do sistema de transmissão/distribuição de potência submarina da Figura 2 de acordo com uma outra realização da presente técnica. {012] A Figura 5 ê um diagrama gráfico que iiustra plotagens de simulação do sistema de transmíssão/distribuição de potência submarina da Figura 2 de acordo com uma realização da presente técnica.

Descrição Detalhada [013] A menos que seja definido de outra forma, termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado, conforme ê entendido, em geral, por um elemento de habilidade comum na técnica aos quais essa revelação pertence. Os termos “primeiro", “segundo" e os semelhantes, como os usados nesse documento, não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas, de preferência, são usados para distinguir um elemento de outro. Além disso, os termos “um" e “uma” não denotam uma limitação da quantidade, mas sim, denotam a presença de pelo menos um dos itens referidos. O termo “ou" significa ser inciusivo e significa um, alguns ou todos dos itens listados. O uso de “que inclui", “que compreende” ou “que tem" e variações dos mesmos se destinam a abranger os itens listados doravante no presente documento e equivalentes dos mesmos, como também itens adicionais. Os termos “conectado” e “acoplado” não estão restritos a conexões ou acoplamentos mecânicos e físicos e podem incluir conexões ou acoplamentos elétricos, se diretos ou indiretos. Além disso, os termos “circuito", “conjunto de circuitos” e “controlador" podem incluir tanto um componente único ou uma pluralidade de componente, que são tanto ativos e/ou passivos e são conectados ou, de outra forma, juntamente acoplados para fornecer a função descrita.

[014] Conforme será compreendido por aqueles versados na técnica, o termo “fonte de corrente" se refere a um aparelho que tem a capacidade de medir a corrente que flui em pelo menos um dos terminais da mesma em períodos de tempo discretos e que tem a capacidade de controlar pelo menos um tempo total derivativo de pelo menos uma corrente em pelo menos um dos terminais da mesma em períodos de tempo discretos. O controle do dito pelo menos um tempo total derivativo de pelo menos uma corrente em pelo menos um dos terminais da mesma pode ser alcançado por meio do controle de pelo menos uma tensão através de pelo menos dois pontos do dito aparelho.

[015] Agora, em relação aos desenhos, a titulo de exemplo na Figura 1, um diagrama esquemático 10 que ilustra um sistema de transmissão/distribuição de potência submarina da técnica anterior com conversores de potência empilhados de forma modular é descrito. Em geral, arquiteturas de conversor de CC empilhado de forma modular (MSDC) são bem adequadas para aplicações submarinas que exigem transmissão e distribuição sobre longas distâncias. Diferentemente de outras opções de transmissão de CC, em que a tensão da transmissão de CC (enlace) é controlada, isto é, mantida praticamente constante, a corrente da transmissão de CC (enlace) é controlada em um conversor de CC empilhado de forma modular. O sistema 10 descreve uma tal arquitetura de MSDC. A arquitetura de MSDC é denominada de tai forma devido ao fato de que a arquitetura usa diversos módulos de conversor de cc~ cc/ca-cc/cc-ca empilhados e conectados em série no lado de cc. Na realização mostrada na Figura 1, tanto na extremidade de envio como na extremidade de recepção do enlace de transmissão os módulos de conversor são conectados em série. Entretanto, na presente técnica que será ilustrada em parágrafos subsequentes, essa exigência de ter conversores de CC empilhados de forma modular tanto na extremidade de envio como na extremidade de recepção não é necessária embora possível. Em outras palavras, na presente técnica, um conversor de lado de fonte pode ser diferente em estrutura em relação ao conversor na seção submarina.

[018] O sistema 10 inclui conversores de lado terrestre/extremidade de envio 12 que compreendem um conjunto de conversores de CA-CC 14, que extrai potência a partir dos encanamentos ou grade de CA 16. Cada desses conversores 14 é em cascata com um conversor de CC-CC 18. Esses conversores de CC-CC 18 são conectados em série e são controlados de modo a regular uma corrente em um cabo de CC 20 que conecta os conversores terrestre 12 à instalação submarina 22. Deve-se compreender que os estágios da extremidade de envio de CA-CC 14 e do conversor de CC-CC 18 (mostrados expfidtamente na Figura 1) podem ser substituídos por um único conversor de CA-CC que combina as funções de ambos os estágios. Em outras palavras, o conversor terrestre 12 pode ser qualquer combinação de conversores que regula a corrente no cabo de CC 20 e, desse modo, o conversor 12 também pode ser representado como uma fonte de corrente 21. O conversor de tado de extremidade de recepção/submarino 22 também compreende diversos conversores de CC-CC 19 conectados em série. Cada desses conversores 19 é em cascata com um acionamento de motor/inversor de CC-CA 24, Esses conversores de CC-CC 19 são controlados para regular a tensão de enlace de CC para a exigida pelo acionamento do motor a jusante 24, Também deve-se compreender que o conversor de CC-CC submarino 19 e acionamento de motor 24 também podem ser substituídos por um único conversor de CC-CA que combina as funções de ambos os estágios. Embora a Figura 1 descreva conversores de dois níveis usados para os módulos de CÂ-CC, CC-CC e acionamento do motor, deve-se compreender que em níveis de alta potência, empilhamentos de níveis múltiplos serão usados para esses módulos de conversor.

[017J Agora, em referência à Figura 2, é descrito um diagrama esquemático que ilustra um sistema de transmissão/distribuição de potência submarina 40 com conversores de fonte de corrente modular de acordo com uma realização da presente técnica. O sistema 40 inclui uma fonte de corrente de lado de fonte/terrestre 42 que fornece potência para sistema conversor de lado de carga ou lado submarino 44 por meto de cabos 46, 48. Em uma realização, a fonte de corrente terrestre 42 pode ser conectada ao sistema conversor de tado submarino 44 por meto de cabos 46, 48 e indutores 74, 76, respectivamente.

Deve-se notar que os indutores 74, 76 não são sempre necessários e os mesmos podem ser omitidos por parâmetros de cabo apropriados tal como indutância e capacítância (não mostrado) de cabos 46, 48 e/ou frequência de comutação suficientemente alta de conversores. Ademais, a fonte de corrente terrestre 42 pode ser qualquer fonte de potência que mantenha uma corrente em cabo 46, 48 controlada para seguir uma função referência de tempo desejada. Em uma realização, uma tal função de tempo pode ser uma constante. Conforme descrito em relação à Figura 1, em uma realização, a fonte de corrente 42 pode ser um conversor de CA-CC seguido por um conversor de CC-CC.

[018] O sistema conversor de lado submarino 44 pode incluir uma pluralidade de conversores de fonte de corrente de CC-CA 50, 52, 54, 56 conectada em série em fado de entrada com fonte de corrente terrestre 42. Em outras palavras, uma tensão de enlace de CC de entrada ¥cc é dividida através da pluralidade de conversores de fonte de corrente 50, 52, 54, 56. Deve-se notar que o termo “conversor de fonte de corrente de CC-CA” se refere a um conversor que recebe uma corrente de entrada que evolve em tempo de acordo com uma função desejada. Em uma realização, a função desejada pode ser uma constante. Ademais, uma tal função não pode ter descontinuidades de qualquer tipo. Ademais, cada dos conversores de fonte de corrente de CC-CA 50, 52, 54, 56 inclui uma pluralidade de comutadores comptetamente controláveis que têm capacidade de bloqueio de tensão bidirecional. Também deve-se notar que peto menos um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA 50, 52, 54, 56 não possuí uma rede elétrica, que compreende somente uma pluralidade de capacitores, diretamente conectada entre os dois terminais de CC da mesma somente como algumas realizações de fonte de tensão convencional. Entretanto, a presente realização pode incluir uma rede elétrica que compreende uma pluralidade de capacitores e outros elementos elétricos taf como resistores conectados entre os dois terminais de CC da mesma. Mais detalhes de conversor de fonte de corrente de CC-CA seriam discutidos em parágrafos subsequentes, {019] Cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA 50, 52, 54, 56 é acopiado a peto menos um retificador de CA-CC 60, 62, 64 e 66, respectivamente, conforme mostrado na Figura 2, Em uma realização, cada dos retificadores de CA-CC 60, 62, 64 e 66 pode ser acoplado a cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA 50, 52, 54, 56 por meio de peio menos um transformador 68, 70, 72 e 74 respectivamente. Os retificadores de CA-CC 60, 62, 64 e 66 podem incluir retificadores ativos de CA-CC ou retificadores passivos de CA-CC. O retificador passivo de CA-CC inclui comutadores não controlados tal como diodos enquanto que o retificador ativo de CÂ-CC inclui peio menos um comutador completamente controlável.

[020] Em uma realização, todos os retificadores de CA-CC 60, 62, 64 e 66 são conectados em paralelo em lado de saída e uma pluralidade de cargas 68 são fornecidos por esses retificadores. A pluralidade de cargas 68 pode incluir um acionamento do motor, um conversor de potência para bombas e outros conversores de potência de equipamento submarino. Em uma realização, um capacitor 70 pode ser conectado através de terminais de saída de retificadores conectados em paralelo 60, 62, 64 e 66, conforme mostrado na Figura 2. Um controlador 72 pode controlar a operação de sistema de transmissão/distribuição de potência submarina 40 que inclui a pluralidade de conversores de CA-CC de fonte de corrente e retificadores de CC-CA. Deve-se notar que os conversores de fonte de corrente de CC-CA, os transformadores e os retificadores de CA-CC são todos componentes multifásicos, isto é, os mesmos podem ser componentes trifásicos ou componentes de fase única como peta exigência.

[021] Agora, em referência à Figura 3, é descrito um diagrama esquemático que ilustra uma seção detalhada 90 do sistema de transmissão/distribuição de potência submarina 40 da Figura 2 de acordo com uma realização da presente técnica. Na seção 90 mostrada na Figura 3, um conversor de fonte de corrente de CC-CA 92 é acoplado a um retíftcador de CA-CC 94 por meio de um transformador 98. Conforme discutido anteriormente em relação à Figura 2, uma pluralidade de tais conversores de fonte de corrente de CC-CA é conectada em série em lado de entrada e uma pluralidade de retificadores de CA-CC é conectada em paralelo em lado de saída no sistema de transmissão/distribuição de potência em geral 40.

[022] O conversor de fonte de corrente de CC-CA 92 recebe uma corrente 1«; como entrada e fornece pulsos de corrente alternáveis de positivo e negativo (±!cc) como saída que é fornecida para o transformador 96, O transformador 96 então gera uma tensão de CA nos terminais de saída do mesmo que é fornecida como entrada para retificador de CA-CC 94. Na realização mostrada, o conversor de fonte de corrente de CC-CA 92 inclui 2 ramos 98, 100 em que cada um compreende dois comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso 102, 104 e 106, 108, respectivamente. Cada dos comutadores completamente controláveis 102, 104, 106, 108 tem capacidade de bloqueio de tensão bidirecional, isto é, esses comutadores podem bloquear tensão de ambas as polaridades, quando aplicados através dos dois terminais dos mesmos. Exemplos de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso 102, 104, 106, 108 incluem transistores bipolares de porta isolada convencional (IGBTs) em série com diodos, transistores bipolares de porta isolada de bloqueio reverso (IGBTs) e tiristor comutado de porta integrada de bloqueio reverso (IGCTs). Ademais, os comutadores completamente controláveis 102, 104, 106, 108 pode incluir dispositivos de intervalo de banda larga como, para exemplo, aqueles com base em material de carbureto de silício. Deve-se notar que '‘comutador completamente controlável" se refere a um comutador que pode ser comutado ligado e desligado por pelo menos um terminal de controle, por exemplo, fGBT é um comutador completamente controlável, entretanto, o tiristor convencional não é. Deve-se compreender adicionalmente que pelo menos um dos comutadores completamente controláveis pode ser composto por uma multiplicidade de comutadores elementares, que são propriamente agrupados por meio de conexões em série e/ou paralelas dentre as mesmas de modo a alcançar as taxas de tensão e corrente necessárias para o comutador composto. {023] O retificador de CA-CC 94 converte tensão/potência de entrada de CA em tensão/potência de CC. Na realização mostrada, o retíficador de CA-CC 94 incluí dois ramos 110, 112, em que cada um compreende dois comutadores completamente controláveis 114, 116 e 118, 120, respectivamente. Ademais, cada dos comutadores completamente controláveis 114, 116, 118, 120 é conectado em paralelo com um diodo 130, 132, 134, 136. respectivamente. Em uma realização, a taxa de comutadores 114, 116, 118, 126 é baixa em comparação aos diodos 130, 132, 134, 136 devido ao fato de que, em tat caso, os comutadores conduzem somente por um curto período em comparação aos diodos. Um capacitor 122 e uma carga 124 são conectados ao lado de saída do retíficador de CA-CC 94. Ademais, deve-se notar que em outras realizações, um retificador passivo (por exemplo, uma ponte de diodo) pode ser usado no lugar do retíficador de CA-CC 94 da Figura 3. Em um tal caso. uma pequena taxa de retíficador ativo pode ser usada em um enrofamento terciário de transformador 96, conforme mostrado na Figura 4.

[024] Durante a operação, quando a corrente de entrada lcc é substancialmente constante, pelo menos um do comutador de bloqueio reverso completamente controlável 102, 104, 106, 108 deveria estar a conduzir em qualquer dado momento e, desse modo, a corrente da fonte de corrente flui em pelo menos um comutador completamente controlável de bloqueio reverso a qualquer momento. Ademais, em uma realização, haverá mais de um conversor de fonte de corrente de CC-CA de fase única e, desse modo, a corrente então pode precisar se manter fluida em pelo menos seis comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso a qualquer momento, Comumente, porém não exclusivamente, o conversor de fonte de corrente de CC-CA 92 é simplesmente operado em uma operação de onda quadrada, com pares de dispositivos de comutação que não pertencem ao mesmo ramo, e não conectado ao mesmo ponto comum, comandado quase simultaneamente. Ademais, quando os comutadores 102 e 108 estão ligados, uma corrente de transformador fluiría a partir do topo para a base (isto é, uma direção para frente) enquanto que quando os comutadores 104 e 108 estão ligados, a corrente de transformador fluiría a partir da base para o topo (isto é, uma direção reversa). A reversão de direção de corrente em relação à direção para frente para a direção reversa seria alcançada pelo curto-circuito de um enrolamento primário 128 do transformador 98, Isso é alcançado ao simultaneamente comutar ligados os dispositivos 102, 108, ou dispositivos 104, 108 ou todos os dispositivos 102, 104, 106, e 108. A duração do curto-circuito é interrompida quando a corrente tiver sido revertida completamente (por exemplo, lcc para -lcc). Em uma realização, um circuito de segurança (não mostrado) também pode ser usado para carregar a corrente para uma duração temporária onde pode haver algum erro de medida ou temporização ao comutar ligado ou desligado os dispositivos de comutação exatamente na mesma instância como na extremidade de duração de curto-circuito. Ademais, durante os intervalos de tempo em que o enrolamento 128 está em curto-circuito, e há unia corrente diferente de zero nos dois terminais do conversor de CC-CA, a indutância de vazamento do enrolamento de transformador limita a corrente de curto-circuito e, desse modo, a corrente de curto-circuito pode ser revertida em um modo controlado. Essa reversão de corrente controlada prepara a corrente em cada enrolamento com o sinal e magnitude adequados para reconectar ao laço executado pelo próximo par de comutadores.

[025] O curto-circuito de enrolamentos de transformador resulta em correntes trapezoidais no enrolamento de transformador e, portanto, melhor utilização de material transformador tal como matéria! de núcleo transformador.

Em geral, quando os dispositivos 114 e 120 são comutados ligados, o retificador de CA-CC 94 emite uma tensão de enrolamento secundário de transformador enquanto que quando os dispositivos 116 e 118 são comutados ligados, o retificador de CA-CC 94 emite uma tensão de enrolamento secundário de transformador de polaridade reversa, A corrente no enrolamento em curto-circuito 126 pode ser revertida em um modo controlado por meio da tensão fornecida somente pelo retificador ativo 94, {026] Agora, em referência à Figura 4, è descrito um diagrama esquemático que ilustra uma seção detalhada 140 do sistema de transmissão/distribuição de potência submarina 40 da Figura 2 de acordo com uma outra realização da presente técnica. Na seção 140 mostrada na Figura 4, um conversor de fonte de corrente de CC-CA 142 é acoplado a um retificador de CÂ-CC 144 por meio de um transformador 146. Conforme discutido anteriormente em relação à Figura 2, uma pluralidade de tais conversores de fonte de corrente de CC-CA é conectada em série em lado de entrada e uma pluralidade de retificadores de CA-CC é conectada em paralelo em lado de saída no sistema de transmissão/distribuição de potência em geral 40.

[027] Deve-se notar que a seção 140 é similar à seção 90 da Figura 3 com algumas diferenças. Na seção 140, como em comparação à seção 90, um enrolamento terciário 148 é fornecido no transformador 146 que é conectado a um retificador ativo 149. Ademais, o retificador de CA-CC 144 é um retificador passivo, por exemplo, um retificador de ponte de diodo. Durante o período de curto-circuito de enrolamento de transformador, a corrente no enrolamento primário pode ser revertida em um modo controlado por meio da tensão fornecida pela combinação de um retificador passivo 144 e o retificador ativo 149 conectado a um enrolamento terciário do transformador, Deve-se notar que essa realização permite uma taxa de tensão diferente para o retificador ativo 149 e o retificador passivo 144, que desse modo leva à otimização de modelo.

Ademais» conforme discutido anteriormente, o retificador ativo 140 pode incluir pelo menos um comutador completamente controlável.

[028] Em referência novamente á Figura 2, quando algum conversor de fonte de corrente de CC-CA falha e deve ser excluído do sistema, então a tensão de enlace de CC de entrada Vcc pode ser lentamente adaptada a uma nova quantidade de conversores de fonte de corrente de CC-CA antes de reconectar o sistema reconfigurado. A tecnologia de construção de alguns dispositivos de comutação adequados (por exemplo, pacotes empacotados por preensão) permite que quando os mesmos falham, inerentemente fornecem uma rápida facilidade de desvio que dura pefo menos alguns segundos. Devido à natureza da fonte de corrente do sistema os dispositivos falhados por curto-circuito não são sujeitos a picos de corrente muito altos» conforme acontece em conversores de fonte-tensão com todas as dificuldades que isso implica. Ademais, na presente técnica, o defeito é bem menos abrupto e mais bem tolerado pelos dispositivos, então» finatmente pelo sistema, que também pode ser reconfigurado sobre um tempo confortável bem mais longo. Essa ação de desvio rápido, robusto e inerente sem a necessidade de disposições adicionais que são necessárias em outras soluções de fonte de tensão para evitar o curto-circuito dos grandes capacitores de enlace de CC é uma vantagem da presente técnica. Adernais, após alguns segundos de transição um contato de movimento mecânico lento pode ser ativado para garantir uma ação de desvio de longo período muito confiável sem depender de e tensionar mais os dispositivos de comutação falhados.

[029] Agora, em referência à Figura 5, ê descrito um diagrama gráfico 150 que ilustra plotagens de simulação do sistema de transmissão/distribuição de potência submarina da Figura 2 de acordo com uma realização da presente técnica, Na Figura 4, a plotagem 152 representa um sina! de comutação 154 para dispositivos de comutação 102, 108 e um sinal de comutação 156 para dispositivos de comutação 104, 106, respectívamente. Como pode ser visto a partir da plotagem 152, durante o período de tempo T1 ambos os sinais de comutação 154 e 156 sâo altos e, desse modo, todos os dispositivos de comutação sâo comutados ligados, Esse período representa a duração de curto-circuito do enroiamento de transformador conforme discutido anteriormente, [030] Ademais, a plotagem 158 mostra uma corrente no enroiamento primário do transformador. Conforme pode ser visto, a corrente é uma forma de onda trapezoidal. Em geral, a forma de onda é em sua maioria quadrada, porém durante o período de tempo T1, a mesma tem algum coeficiente angular. Durante esse tempo, a corrente que flui no enroiamento primário pode mudar a própria direção.

[031] A plotagem 160 mostra uma tensão através do dispositivo de comutação na presença de um circuito de segurança. Conforme pode ser visto, os picos de tensão não são muito altos e adicionalmente caso os tempos de comutação sejam otimizados, então os picos de tensão podem reduzir ainda mais. A plotagem 162 mostra intervalos durante os quais o retificador ativo está em operação. Conforme pode ser visto, essas durações coincidem com o período de tempo T1 e a retificação ativa durante esse período de tempo auxilia na reversão de corrente no enroiamento de transformador.

[032] Uma das vantagens do presente sistema é a alta disponibilidade de sistema por meio de uma estrutura de conversão mais tolerante a defeitos com base em uma fonte de corrente, frequência média, conceito que minimiza componentes, elimina grandes capacitores na parte submarina do conversor. Uma outra vantagem do sistema é que o mesmo eleva a utilização do material transformador.

[033] Embora apenas certos recursos da invenção tenham sido ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e mudanças irão ocorrer àqueles versados na técnica na técnica. Portanto, deve ser entendido que as reivindicações anexas são destinadas a abranger todas essas modificações e mudanças na medida em que se enquadrem no verdadeiro espírito da invenção.

Lista de Elementos ·- 10 Sistema de Transmissão/Distribuição de Potência Submarina da Técnica Anterior - 12 Conversores de Lado Terrestre/Extremidade de Envio - 14 Conversores de CA-CC

- 18 Encanamentos ou Grade de CA

- 18 Conversor de CC-CC

- 19 Conversores de CC-CC

- 20 Cabo de CC - 22 Conversor de Lado de Extremidade de Recepção/Submaríno - 24 Acionamento de Motor/lnversor de CC-CA - 40 Sistema de Transmissão/Distribuição de Potência Submarina - 42 Fonte de Corrente Terrestre/Lado de Fonte - 44 Sistema Conversor de Lado de Carga ou Lado Submarino - 48,48 Cabos - 50, 52, 54, 56 Conversores de Fonte de Corrente de CC-CA

- 80, 62, 64,68 Retificador do CA-CC - 88, 70, 74 Transformador - 72 Controlador - 76 Indutores - 90 Seção Detalhada do Sistema de Transmissão/Distribuição de Potência Submarina - 92 Conversor de Fonte de Corrente de CC-CA

- 94 Retificador de CA-CC - 96 Transformador - 98,100 Ramos de Conversor - 102, 104, 106, 108 Comutadores Completamente Controláveis de Bloqueio Reverso - 110, 112 Ramos de Retificador de CA-CC - 114,116,118,120 Comutadores Completamente Controláveis - 122 Capacitor - 124 Carga - 126 Enrotamento Primário - 128 Enrolamento Secundário - 130, 132, 134,136 Diodos - 140 Seção Detalhada do Sistema de Transmissão/Distríbuição de Potência Submarina - 142 Conversor de Fonte de Corrente de CC-CA

- 144 Retificador de CA-CC - 146 Transformador - 148 Enrolamento T ercíário - 149 Retificador Ativo - 150 Diagrama Gráfico que Ilustra Plotagens de Simulação do Sistema de Transmissão/Distribuição de Potência Submarina - 152 Plotagem de Sinal de Comutação - 154,156 Sinais de Comutação - 158 Plotagem de Corrente de Enrolamento Primário - 160 Plotagem de Tensão Através de Dispositivos de Comutação - 162 Plotagem que Mostra Intervalos durante os quais o Retificador Ativo Está em Operação Reivindicações

Claims (9)

1, SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA (40), caracterizado pelo fato de que compreende: - um lado de fornecimento que incluí uma fonte de corrente (42); - um lado de recepção que compreende, - um conversor modular com uma pluralidade de conversores de fonte de corrente de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) (50, 52, 54, 56) conectada em série com a fonte de corrente; - uma pluralidade de retificadores de CA-CC (60, 62, 64, 66) conectada em paralelo para alimentar potência a uma multiplicidade de cargas (68), em que cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA alimenta potência a um retificador de CA-CC correspondente e inclui uma pluralidade de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso (102, 104, 106, 108) que tem capacidade de bloqueio de tensão bidirecional; e - em que uma corrente da fonte de corrente flui em pelo menos um comutador completamente controlável de bloqueio reverso a qualquer momento.

2, SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a corrente flui em mais de seis comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso a qualquer momento.

3. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA não possui uma rede elétrica conectada entre os dois terminais de CC da mesma que compreende somente uma pluralidade de capacitores.

4. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA inclui uma rede elétrica conectada entre os dois terminais de CC da mesma que compreende uma pluralidade de capacitores e uma pluralidade de outros elementos elétricos.

5. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA é acoplado ao retificador de CA-CC correspondente por meio de um transformador.

6. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que pelo menos um comutador completamente controlável de bloqueio reverso é operado de acordo com um sinal de pelo menos uma corrente em pelo menos um enrolamento de transformador.

7. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA incluí pelo menos dois ramos de fase em que cada um compreende a pluralidade de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso.

8. SISTEMA DE TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o conversor de fonte de corrente de CA-CC é operado em uma operação de onda quadrada, com pares de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso que não pertencem a um mesmo ramo, e que não são conectados a um ponto comum, são comandados quase que simultaneamente.

9. MÉTODO PARA TRANSMITIR POTÊNCIA PARA UMA CARGA SUBMARINA (88), caracterizado pelo fato de que compreende: - fornecer uma pluralidade de comutadores completamente controláveis de bloqueio reverso (102, 104, 106, 108) que tem capacidade de bloqueio de tensão bidirecional para formar um conversor modular com uma pluralidade de conversores de fonte de corrente de corrente contínua (CC) em corrente alternada (CA) (50, 52, 54, 56); - conectar a pluralidade de conversores de fonte de corrente de CC-CA em série com uma fonte de corrente de fado de alimentação (42); - alimentar potência de CA a uma pluralidade de retificadorcs de CA-CC (60, 62, 64, 66) a partir da pluralidade de conversores de fonte de corrente de CC-CA, em que alimentar potência de CA inclui acoplar cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA a um retificador de CA-CC correspondente; em que uma corrente da fonte de corrente de lado de alimentação flui em pelo menos um comutador completamente controlável de bloqueio reverso a qualquer momento; e- acoplar a pluralidade de retificadores de CA-CC em paralelo para alimentar potência à carga submarina, 16, MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que acoplar cada um dos conversores de fonte de corrente de CC-CA a um retificador de CA-CC correspondente compreende um acoplamento por meio de um transformador.