BR112015004424A2

BR112015004424A2 - sistemas de transmissão de energia e método para transmitir energia

Info

Publication number: BR112015004424A2
Application number: BR112015004424A
Authority: BR
Inventors: Thiwanka Bandara Wijekoon Piniwan; Martin Sihler Christof; Herbert Schramm Simon
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd.
Priority date: 2012-08-31
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2019-09-24
Also published as: EP2891219B1; CA2883305A1; CN104823345A; WO2014035666A3; US9331481B2; EP2891219A2; US20140062196A1; WO2014035666A2

Abstract

"sistemas de transmissão de energia e método para transmitir energia" é fornecido um sistema de transmissão de energia. o sistema de transmissão de energia inclui pelo menos uma subestação de energia para receber energia de uma fonte de alimentação e um cabo de corrente contínua (cc) para transferir a energia da fonte de alimentação para a subestação de energia. o cabo de cc inclui uma pluralidade de segmentos que forma, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para a subestação de energia. o sistema inclui, ainda, pelo menos uma unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente a cada segmento. pelo menos uma das unidades de comutação de segmento inclui um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seja roteada para um respectivo segmento em resposta a um comando de curto e um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento em resposta a um comando de desconexão.

Description

“SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA E MÉTODO PARA TRANSMITIR ENERGIA” [0011 A invenção refere-se em geral a sistemas e métodos para transmissão de energia elétrica e, mais particularmente, a sistemas e métodos para transmissão de energia elétrica com o uso de um oabo de corrente continua (CC).

[002] Os sistemas de transmissão de corrente alternada (CA) podem ser ineficientes para transmitir energia de alta tensão por longas distâncias, já que a capacitance em um cabo de CA reduz a capacidade de transporte de carga do cabo de CA. Em contraste, a transmissão de CC pode fornecer uma forma mais eficaz de transmitir energia de alta tensão por longas distâncias. CC de tensão média (MV) e alta tensão (HV) são dois sistemas de transmissão de CC por longa distância comumente usados através de várias aplicações, tal como, por exemplo, processamento submarino para a indústria de petróleo e gás e produção de energia eólica offshore.

[003] Há uma necessidade crescente de se entregar energia de plataformas onshore e offshore para cargas elétricas em leitos marítimos ou locais offshore remotos, No entanto, sistemas HVDC convencionais podem não ser bem adequados para instalações submarinas devido ao tamanho e ao alto número de componentes envolvidos.

[004] Ademais, a transmissão à longa distância, tal como aquela usada para transmissão de energia submarina, pode ser realizada por meio de cabos submarinos que transportam a energia de uma fonte de alimentação, tal como uma fonte de CC ou uma fonte de CA, para uma ou mais estações ou subestações offshore de energia, No entanto, com o aumento do comprimento do cabo, a probabilidade de uma falha de cabo pode aumentar. Reparar cabos submarinos pode exigir um longo tempo, por exemplo, diversas semanas.

2/4S

Durante esse tempo, a falha no cabo pode afetar a fonte de alimentação para a estação/subestação de energia á qua! o oabo defeituoso está conectado [ÔQ5] Portanto, há necessidade de se fornecer um sistema de transmissão de energia que seja mais econômico, confiável e completamente operacional mesmo ne caso de uma falha de cabo. Adernais, há necessidade da se fornecer um sistema da transmissão de energia em que o cabo defeituoso possa ser reparado ou substituído enquanto o sistema de transmissão de energia está em operação.

Breve Descrição [006] Em conformidade com uma realização, é fornecido um sistema de transmissão de energia. O sistema de transmissão de energia inclui pelo menos uma subestação de energia para receber energia de uma fonte de alimentação e um cabo de Corrente Continua (CC) para transferir a energia da fonte de alimentação para a subestação de energia. O cabo de CC inclui uma pluralidade de segmentos que forma, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para a subestação de energia. O sistema incluí, ainda, pelo menos uma unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente a cada um dos segmentos. Pelo menos urna das unidades de comutação de segmento inclui um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seja rateada para um respectivo segmento em resposta a um comando de curto e pelo menos um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento em resposta a um comando de desconexão.

[0071 Em outra realização, è fornecido um sistema de transmissão de energia de CG submarino. Q sistema inclui um sistema onshore e um sistema offshore. O sistema onshore inclui uma fonte de alimentação. O sistema offshore inclui subestações de energia para receber energia da fonte

3/48 de alimentação. Pelo menos uma ou mais das subestações de energia incluem um sistema de conversão de energia empilhado submodular que compreende uma pluralidade de módulos conversores de subenergia. O sistema offshore inclui, ainda, uma estação de energia principal acoplada eletricamente entre a fonte de alimentação e a subestação de energia. A estação de energia principal inclui um sistema de conversão de energia empilhado modular principal que compreende uma pluralidade de módulos conversores de energia principais. O sistema offshore Inclui, ainda, uma unidade de comutação principal e um cabo de CC para transferir a energia da fonte de alimentação para as subestações de energia. O cabo de CC inclui uma pluralidade de segmentos entre a unidade de comutação principal e as subestações de energia, em que os segmentos formam, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para as subestações de energia. O sistema offshore incluí, ainda, pelo menos uma unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente a cada um dos segmentos. Pelo menos uma das unidades de comutação de segmento inclui um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curtocircuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seia roteada para um respectivo segmento em resposta a um comando de curto. A pelo menos uma das unidades de comutação de segmento inclui, ainda pelo menos um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento em resposta a um comando de desconexão.

[008] Em ainda outra realização, é fornecido um método para transmitir energia em um sistema de transmissão de energia. O sistema de transmissão de energia inclui subestações de energia para receber energia de uma fonte de alimentação e um cabo de CC que compreende uma pluralidade de segmentos que formam, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para as subestações de energia. O método inclui, em caso de uma falha ou em caso de manutenção para um respectivo segmento,

4/48 garantir que o sistema de transmissão de energia permaneça operacional disparando pelo menos um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seja rateada para o respectivo segmento, disparando peto menos um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento e roteando a energia para as subestações de energia por meio de peto menos um segmento operacional da pluralidade de segmentos.

Desenhos [009] Esse e outros recursos, aspectos e vantagens da presente invenção da presente invenção ficarão mais claros quando a seguinte descrição detalhada for lida em referência aos desenhos anexos, em que caracteres similares representam partes similares por todos os desenhos, em que:

A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia para transmitir energia elétrica de uma fonte de alimentação para uma primeira subestação de energia, em conformidade com uma realização

A Figura 2 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia da Figura 1 em caso de falha em um primeiro segmento de um cabo de CC,

A Figura 3 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia da Figura 1 em caso de falha em um segundo segmento de um cabo de CC.

A Figura 4 ilustra uma unidade de comutação de segmento do tipo tripolar, em conformidade com uma realização.

A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia para transmitir energia elétrica da fonte de alimentação para a primeira subestação de energia e uma segunda subestação de energia,

5/48 em conformidade com uma realização.

A Figura 6 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia da Figura 5 em caso de falha em um primeiro segmento de um cabo de CC.

A Figura 7 é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia para transmitir energia da fonte de alimentação para uma primeira, uma segunda e uma terceira subestação de energia, em conformidade com uma realização.

A Figura 8 é uma representação esquemática do sistema da transmissão de energia da Figura 7 em caso de falha em um primeiro segmento de um nabo de CC.

A Figura 9 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia da Figura 7 em caso de falha em um terceiro segmento de um cabo de CC

A Figura 10 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia da Figura 7 em caso de falha em um quarto segmento de um cabo de CC.

A Figura 11 é uma representação esquemática de um sistema de transmissão de energia de CC submerso, em conformidade com uma realização.

A Figura 12 ilustra um sistema de transmissão de energia que retrata uma topologia de rede em estrela estendida do sistema de transmissão de energia, em conformidade com uma realização.

A Figura 13 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia que retrata uma topologia de rede em estrela e anel, em conformidade com uma realização.

A Figura 14 ilustra um sistema de transmissão de energia que retrata uma topologia de rede em malha, em conformidade com uma

6/48 realização.

A Figura 15 é um diagrama de blocos de um sistema controlador para controlar as operações de uma unidade de comutação principal e um par de unidades de comutação de segmento, em conformidade com uma realização.

A Figura 16 é um fluxograma que retrata um método para fornecer um suporte de recuperação de falha de segmento de cabo em um sistema de transmissão de energia, em conformidade com uma realização.

Descrição Detalhada [010] A não ser que definido de outro modo, os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o significado conforme é comumente entendido por um versado na técnica à qual esta revelação pertence. Os termos “primeiro, “segundo e similares, conforme usados no presente documento, não denotam qualquer ordem, quantidade ou importância, mas, em vez disso, sao usados para distinguir um elemento de outro. Além disso, os termos “um” e “uma não denotam uma limitação de quantidade, mas, em vez disso, denotam a presença de pelo menos um dos itens referidos. O termo ^,;ou“ pretende incluir e significar um, alguns ou todos os itens listados. O uso de “que inclui, “que compreende” ou “que tem e variações dos mesmos no presente documento pretendem abranger os itens listados apôs os mesmos e equivalentes dos mesmos, assim corno itens adicionais. Os termos “circuito, “conjunto de circuitos, “controlador” e “processador podem incluir um único componente ou uma pluralidade de componentes que são ou ativos e/ou passivos e são conectados ou, de outro modo, acoplados juntos para fornecer a função descrita, Adicionalmente, para propósitos de explicação, números específicos, materiais e configurações são apresentados a fim de fornecer um entendimento completo de várias modalidades da invenção. O versado na técnica perceberá a possibilidade de intercâmbio de vários recursos de

7/48 diferentes realizações. Similarmente, as várias etapas de método e recursos descritos, assim como outros equivalentes conhecidos para cada um de tais métodos e recursos, pedem ser misturadas e combinadas por um versado na técnica para construir conjuntos e técnicas adicionais em conformidade com os princípios desta revelação.

[011] As realizações da presente invenção podem incluir um sistema de transmissão de energia, tal como, um sistema de transmissão de corrente contínua (CC) configurado para transmitir e distribuir energia. Em algumas realizações, o sistema de transmissão de CC pode fornecer uma rede totalmente operacional com a fonte de alimentação ininterrupta para uma carga conectada a uma ou mais estações de energia e/ou subestações de energia durante o caso de uma falha em um ou mais segmentos de um cabo de CC. Q termo rede totalmente operacional·; conforme usado no presente documento, refere-se à operação do sistema de transmissão de CC de modo que todas as estações/subestações de energia sejam operadas em capacidade total no caso da falha. Em outras palavras, o sistema de transmissão de CC pode fornecer um suporte de recuperação de falha no caso de falha no segmento de cabo de CC.

[012] Em uma realização, a falha em um segmento de cabo pode ser determinada remotamente. Em outra realização, o caso da falha pode ser previsto e atenuado ou evitado em um caso de manutenção programada, tal como, por exemplo, por reparo ou substituição do segmento de caho quando o desgaste e ruptura geral é observado ou esperado. Algumas realizações são descritas abaixo em relação ao caso da falha; no entanto, essas realizações podem ser aplicáveis igualmente para o caso de manutenção programada também. Ademais, algumas realizações fornecem a flexibilidade de reparar ou substituir um segmento defeituoso do cabo de CC enquanto o sistema de transmissão de CC estiver operacional. Uma fonte de alimentação fornece

8'48 energia a um sistema de conversão de energia que pode converter a energia recebida em energia de CC. /λ energia é transmitida ás estações/subestações de energia por maio dos segmentos de cabo de CC. Várias realizações de um sistema de transmissão de energia são descritas abaixo.

[043] A Figura 1 é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia 100 para transmitir energia elétrica de uma íonte de alimentação 102 para uma subestação de energia 104, em conformidade com uma realização. O sistema de transmissão de energia 100 pode ser um sistema de transmissão de CC de tensão média (MV) ou de CC de alta tensão (HV). Esse tipo de sistema de transmissão é usado por várias aplicações, tal como, mas, sem limitação, processamento submarino para a indústria de petróleo e gás e produção de energia eólica offshore. Em algumas realizações, a fonte de alimentação 102 pode compreender uma fonte de alimentação de corrente alternada (CA) e, em tais realizações, o sistema de transmissão de energia 100 pode incluir, ainda, um sistema de conversão de energia que inclui um ratificador 106 para converter energia de CA em energia de CC. Em algumas outras realizações, a fonte de alimentação 102 pode compreender uma fonte de alimentação de CC e, em tais realizações, o sistema de transmissão de energia 100 pode incluir, opcionalmente, um sistema de conversão de energia que inclui um conversor de energia CC-CC (não mostrado na Figura 1) O sistema de transmissão de energia 100 incluí, ainda, um cabo de CC 108 que compreende uma pluralidade de segmentos e é configurado para transportar energia da fonte de alimentação 102 para a subestação de energia 104.

[014] O sistema de transmissão de energia 100 da Figura 1 inclui, ainda, urna unidade de comutação principal T10 acoplada eletricamente entre a fonte de alimentação 102 e a subestação de energia 104. O termo “unidade de comutação principal·, conforme usado no presente documento, refere-se a um dispositivo de comutação que determina um caminho para

9/48 rotear a energia para vários componentes no sistema de transmissão de energia 100, tai como a subestação de energia 104, Conforme mostrado na Figura 1, em algumas realizações, o cabo de CC 108 inclui um primeiro segmento 112 o um segundo segmento 114 de modo que o primeiro segmento 112 possa acoplar eletricamente a unidade de comutação principal 110 a uma extremidade da subestação de energia 104 e o segundo segmento 114 pode acoplar eletricamente a unidade de comutação principal 110 a outra extremidade da mesma subestação de energia 104. A rede formada por essa disposição é similar a uma rede em anel. Durante a operação normal, a unidade de comutação principal 110 pode rotear a energia para a subestação de energia 104 por meie de qualquer um ou ambos dentre o primeiro e o segundo segmentos 112 e 114. O termo operação normal”, conforme usado no presente documento, refere-se a uma operação de um sistema de transmissão de energia (tal como 100) em que todos os segmentos de cabo de CC estão operacionais, O primeiro e o segundo segmentos 112 e 114 podem formar individualmente ou em combinação o caminho para rotear a energia para a subestação de energia 104, Nessa realização, a unidade de comutação principal 110 pode rotear a energia para a subestação de energia 104 por meio do segundo segmento 114 no caso da falha no primeiro segmento 112. Similarmente, a unidade de comutação principal 110 pode rotear a energia para a subestação de energia 104 por meio do primeiro segmento 112 no caso de falha no segundo segmento 114.

[015] Na realização da Figura 1, o sistema de transmissão de energia 100 inclui um par de primeiras unidades de comutação de segmento 116 e 118 acopladas eletricamente ao primeiro segmento 112 e um par de segundas unidades de comutação de segmento 120 e 122 acopladas eletricamente ao segundo segmento 114, Em uma realização alternativa (não mostrada), o sistema de transmissão de energia 100 pode incluir uma única

10/48 unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente ao primeira segmenta 112 e uma única unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente ao segundo segmento 114, O termo “unidade de comutação de segmento, conforme usado no presente documento, refere-se a um dispositivo de comutação que é configurado para acoplar/desacoplar eletricamente seu respectiva segmento a/de um sistema de transmissão de energia (tal como 1Q0).

[016] Em uma realização, as unidades do par de primeiras unidades de comutação de segmento 116 e 118 ou o par de segundas unidades de comutação de segmento 120 e 122 são acopladas eletricamente em extremidades opostas do primeiro segmento 112 ou do segundo segmento 114, respectivamente. A Figura 1 ilustra uma realização em que as unidades de comutação de segmento estão situadas fora da subestação de energia 104 e da unidade de comutação principal 110, A Figura 2 ilustra uma realização em que as unidades de comutação de segmento 118 e 122 são integradas na subestação de energia 104, Em outra realização (não mostrada), as unidades de comutação de segmento 116 e 120 podem ser integradas à unidade de comutação principal 110. Nas realizações em que os comutadores de segmento não estão integrados em uma subestação de energia ou na unidade de comutação principal, as unidades de comutação de segmento podem estar situadas próximas às extremidades opostas do respectivo segmento e integradas dentro do respectivo segmenta. Em tais realizações, o respectivo segmento pode ser considerado como sendo dividido em dois ou mais subsegmentos. Em outra realização em que as duas opções são combinadas (não mostrado), um par de unidades de comutação de segmento pode ser acoplado eletricamente nas ou próximo ás extremidades opostas de um respectivo segmenta e uma ou mais outras unidades de comutação de segmento podem posicionadas entre os mesmos. Nesse exemplo, o segmento

T1/48 pode ser dividido em múltiplos subsegmentos de modo que as unidades adjacentes dentre as unidades de comutação de segmento juntas definam extremidades opostas dos respectivos subsegmentos. Essa realização pode ser útil quando o segmento é longo.

[017] Um segmento de cabo que sofre uma falha conhecida ou um caso de manutenção programada devido a uma falha prevista será adiante referido de modo intercambiável como urn segmento defeituoso. Além disso, um segmento de cabo que é operacional (ou não defeituoso) será referido adiante de modo sntemambiável como um segmento operacional. No caso da falha no primeiro segmento 112_: as primeiras unidades de comutação de segmento 116 e 118 são configuradas para desconectar o segmento defeituoso 112, isolando eletricamente, assim, o segmento defeituoso 112 do restante do sistema de transmissão de energia 100. Adicionalmente, as primeiras unidades de comutação de segmento 116 e 118 podem ser, ainda, configuradas para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação 102 seja roteada para o respectivo segmento 112, Nesse exemplo, as segundas unidades de comutação de segmento 120 e122 são configuradas para conectar eletricamente o segmento operacional, ou seja, o segundo segmento 114 ao restante do sistema de transmissão de energia 100. Se o segundo segmento 114 ainda não estiver acoplado á subestação de energia 104, a conexão do segundo segmento operacional 114 pode ser realizada antes da, simultaneamente com, ou subsequente à desconexão do segmento defeituoso 112 e criação do caminho de curto-circuito. Se o segundo segmento 114 já estiver conectado ao restante do sistema de transmissão de energia 100 durante a operação normal, as configurações das segundas unidades de comutação de segmento 120 e 122 podem permanecer inalteradas mediante a determinação do caso de falha no primeiro segmento 112.

(0181 Similarmente, em caso de falha no segundo segmento 114,

12/48 as segundas unidades de comutação de segmente 120 e 122 podem ser configuradas para serem descanectadas e fornecer um caminhe de curtocircuito para impedir que a energia seja roteada ao respectivo segmento 114 e as primeiras unidades de comutação de segmento 116 e 118 podem ser configuradas para conectar eletricamente o segmento operacional 112 ao restante do sistema de transmissão de energia 100.

[019] Em algumas realizações, a unidade de comutação principal 110 pode ser configurada para rotear a energia da fonte de alimentação 102 para a subestação de energia 104 por meio do segmento operacional 112 ou 114, dependendo do segmento defeituoso, O roteamento de energia pela unidade de comutação principal 110 pode ser realizado simultaneamente com ou subsequente à desconexão do segmento defeituoso, a criação do caminho de curto-circuito e a conexão do segmento operacional.

[020] Conforme citado anteríormente, em algumas realizações, o sistema de transmissão de energia 100 pode ser totalmente operacional mesmo no caso da falha, Uma vez que o segmento defeituoso seja ou substituída por um novo segmento ou reparado para reutilização, o par de unidades de comutação de segmento associado ao segmento defeituoso pode ser configurada para conectar eletricamente o segmento substítuldc/reparado ao sistema de transmissão de energia 100 de modo que a energia possa ser roteada através do segmento reparada/substítuído, Portanto, o sistema de transmissão de energia 100 opera normalmente conforme descrito acima.

[021] A Figura 2 è uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia 100 em caso de falha no primeira segmento 112; e a Figura 3 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia 100 em caso de falha no segundo segmenta 114. Na realização das Figuras 2 e 3. o sistema de transmissão de energia 100 inclui, ainda, uma estação de energia principal 202 acoplada eletricamente entre a fonte de

13/48 alimentação 102 e a subestação de energia 104. Em algumas outras realizações, conforme mostrado na Figura 11, a unidade de comutação principal 110 e as unidades de comutação de segmento 116 e 120 podem estar localizadas dentro do sistema de energia principal 202, [022] Em algumas realizações, algumas ou todas as unidades de comutação de segmento podem incluir uma combinação de um elemento de comutação de desconexão e um elemento de comutação de curto. Conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, a primeira unidade de comutação de segmento 116 inclui um elemento de comutação de desconexão 204 e um elemento de comutação de curto 206. Similarmente, a primeira unidade de comutação de segmento 118 incluí um elemento de comutação de desconexão 208 e um elemento de comutação de curto 210: a segunda unidade de comutação de segmento 120 inclui um elemento de comutação de desconexão 212 e um elemento de comutação de curto 214; e a segunda unidade de comutação de segmento 122 inclui um elemento de comutação de desconexão 216 e um elemento de comutação de curto 218. Em algumas realizações, os elementos de desconexão e comutação de curto da mesma unidade de comutação de segmento podem ser configurados para serem acionados simultaneamente (conforme mostrado pelas linhas pontilhadas que conectam os elementos de desconexão e comutação de curto). Em outras realizações, para evitar ou reduzir um arco elétrico pode ser útil acionar o elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito antes de fazer com que o elemento de comutação de desconexão desconecte o respectivo segmento. As configurações desses elementos de desconexão e comutação de curto podem ser ínversamente proporcionais, de modo que, se um desses comutadores estiver fechado, o outro pode estar aberta. Na realização ilustrada na Figura 2, os elementos de comutação de desconexão 204 e 208 podem ser ambos configurados para desconectar o respectivo segmento defeituoso 112. Em tais

14/48 realizações, conforme mostrado na Figura 2, em caso de uma falha no primeiro segmento 112. cs elementos de comutação de desconexão 204 e 208 são configurados para estar sm posições abertas, de modo que o primeiro segmento 112 esteja eletricamente isolado do sistema de transmissão de energia 100 e os elementos de comutação de desconexão 212 e '216 sejam configurados para estar em posições fechadas para conectar eletricamente o segmento operacional 114 ao restante do sistema de transmissão de energia 100, especificamente à subestação de energia 104.

[023] Em algumas realizações, conforme ilustrado na Figura 2, a unidade de comutação pnncipal 110 inclui comuíadores de duas posições bipolares, ou seja, cs comutadores principais 220 e 222 que são configurados para serem comutados para a posição ”1” simultaneamente em caso de falha ne primeiro segmento H2. Comutar para a posição “Γ resulta na energia ser roteada para a subestação de energia 104 através do segundo segmento 114 enquanto desvia do defeituoso 112.

[024] Em algumas realizações, conforme mostrado nas Figuras 2 e 3, o cabo de CC 108 inclui um primeiro caminho de condução 224 e um segundo caminho de condução 226. O cabo de CC 108 pode compreender um cabo de CC bipolar ou uma combinação de dois caminhos de condução de CC monopolares, de modo que o primeiro e o segundo caminhos de condução 224 e 226 possam ser conectados eletricamente entre si em vários locais no cabo de CC 108. Os caminhos de condução de CC monopolares podem ser combinados juntos e integrados dentro de um único compartimento, em conformidade com uma realização. Em algumas realizações, conforme ilustrado na Figura 2, a energia é roteada para a subestação de energia 104 através do primeiro caminha de condução 224 do segmento operacional 114 de modo que a subestação de energia 104 esteja totalmente operacional.

[025] Em algumas realizações, é desejável que a potência

15/48 recebida na subestação de energia 104 seja impedida de ser roteada, ainda, para o segmento defeituoso 112. Conforme mostrado na Figura 2, o elemento de comutação de curto 210 pode ser configurado para fornecer um caminha de curto-circuito para a energia recebida em seu terminal 228, em caso de falha no primeiro segmento 112. A fim de fornecer o caminho de curto-circuito, o elemento de comutação de curto 210 pode ser configurado para estar na posição fechada em tais realizações. Portanto, em algumas realizações, a energia recebida no terminal 228 por meio do primeiro caminho de condução 224 pode ser roteada para a estação de energia principal 202 por meio da segundo caminho de condução 226 do segmento operacional 114. Similarmente, conforme mostrado na Figura 2, o elemento de comutação de curto 206 é configurado para fornecer um caminho de curto-circuito para qualquer energia recebida em seu terminal 230 a partir da estação de energia principal 202. Embora seja vantajoso ter recursos de desconexão e curto em ou próximo a ambas as extremidades de um segmento de cabo, em algumas realizações, conforme discutido aoima, uma única unidade de comutação de segmento pode ser implantada em cada segmento. Em realizações de unidade de comutação única, incluindo a unidade de comutação principal 110, a unidade de comutação de segmento pode ser fornecida próxima à ou na subestação de energia 104. Em algumas realizações, a unidade de comutação de segmento pode ser uma unidade de comutação de semicondutor, uma unidade de comutação mecânica ou uma combinação das mesmas, [028] Em algumas realizações, uma vez que o segmento defeituoso 112 seja reparado ou substituído por um novo segmento, o segmento reparado/substituído pode ser posicionado entre as primeiras unidades de comutação de segmento 116 e 118 (ou, se o segmento defeituoso inclusr essas unidades de comutação, entre a unidade de comutação principal 110 e a subestação de energia 104). As configurações dos elementos de

16/48 comutação de desconexão 204 e 2Q8 podem ser revertidas, ou seja, comutadas para as posições fechadas de modo que o segmento reparado/substituldo seja conectado eletricamente ao sistema de transmissão de energia 100. Os elementos de comutação de curto 206 e 210 podem ser então configurados para estar nas posições abertas para remover os caminhos de curto-circuito. Em certas realizações em que a energia destina-se a ser suprida à subestação de energia principalmente por meio do segmento reparado/substituldo, os elementos de comutação de curto 120 e 122 podem ser configurados para estar nas posições fechadas e cs elementos de comutação de desconexão 212 e 216 podem ser configuradas para estar em posições abertas, uma vez que o segmento reparado/substituldo esteja operacional, ou seja, uma vez que os elementos de comutação de desconexão 204 e 208 estejam fechados e cs elementos de comutação de curto 206 e 210 estejam abertos. Em tais realizações, a unidade de comutação principal 110 pode ser configurada para ser comutada para a posição ^>:2^:! de modo que a energia seja roteada através do segmento reparado/substituldo, enquanto desvia do segundo segmenta 114.

[027] A Figura 3 ilustra um exemplo com um segundo segmento defeituoso 114. Na realização mostrada na Figura 3, as configurações dos elementos de comutação de desconexão 204, 208, 212, e 216 e dos elementos de comutação de curta 206, 210, 214, e 218 são opostas àquelas descritas acima em conjunto com a Figura 2 e as configurações dos oomutadores principais 220 e 222 são inversas, de mado que sejam comutadas para a posição 2, em vez da posição “1”, como na Figura 2, para resultar na energia sendo roteada para a subestação de energia 104 através do primeiro segmento 112.

[028] Ficará aparente para um versada na técnica que, embora as Figuras 2 e 3 ilustrem uma unidade de comutação principal baseada em

17/48 duas posições bipolar 110, outros tipos da unidade de comutação principal podem ser usados, Um exemplo não limítante è um tipo de comutador de três posições bipolar, Nas realizações em que comutadores principais de três posições bípolares são usados, uma posição em que cada um dos dois comutadores principais não pode ser usado, por exemplo, mantido “Não Conectado (NC), [029] Ademais, a unidade de comutação principal 110 pode estar situada na estação de energia principal 202, na fonte de alimentação 102, ou em qualquer outra plataforma no sistema de transmissão de energia 100 entre a fonte de alimentação 102 e a subestação de energia 104. Em uma realização, a unidade de comutação principal 110 pode compreender uma unidade de comutação com carga. O termo “unidade de comutação com caroa. conforme usado no presente documento, refere-se a um comutador o · ?

elétrico que pode ser operado enquanto a corrente ainda está passando através do mesmo, ou seja, está com carga. Nas realizações em que a unidade de comutação com carga é usada, o sistema de transmissão de energia 100 pode operar sem qualquer interrupção da fonte da alimentação no tempo de isolamento do segmento defeituoso e reconexão do segmento reparado/substituido. Alternativamente, em algumas realizações, a unidade de comutação principal 110 pode compreender uma unidade de comutação sem carga. O termo “unidade de comutação sem carga”, conforme usado no presente documento, refere-se a um comutador elétrico que pode ser operado apenas quando não há corrente passando através do mesmo, ou seja, esta sem carga, Nas realizações em que a unidade de comutação sem carga é usada, durante a transição, ou seja, quando a operação de uma unidade de comutação de segmento deve ser comutada de conectada/não em curto para desconectada/em curto (ou vice versa), as cargas conectadas a uma subestação de energia podem ser momentaneamente desligadas; portanto, a

18/48 unidade de comutação de segmento pode fazer a transição conforme desejado e a energia para as cargas pode ser retomada. Em tais realizações, pode haver uma interrupção ligeira, por exemplo, por cerca da 100 milissegundos devido ao desligamento momentâneo das cargas. Os comutadores sem carga podem ser úteis para evitar ou eliminar um arco elétrico durante a transição. Qualquer sistema ou técnica conhecido para eiiminação de amo pode ser usado sem que se ataste do escopo da invenção.

[030] Ficará aparente para um versado na técnica que, embora as Figuras 2 e 3 ilustrem uma unidade de comutação de segmento que compreende comutadores de desconexão e curto, outros tipos das unidades de comutação de segmento podem ser usados. Um exemplo não limitante è uma unidade de comutação de segmento do tipo tripular 400, conforme ilustrado na Figura 4. Conforme mostrado na Figura 4, a unidade de comutação de segmento 400 de um sistema de transmissão de energia (tal como 100) inclui o primeiro, o segundo e o terceiro polos 402, 404, e 406, de modo que os elementos de desconexão e comutação de curto sejam combinados em um comutador integral. Em algumas realizações em que unidades de comutação de segmento tripolares são usadas, o primeiro polo 402 da unidade de comutação de segmento 400 pode ser comutado para acoplamento ou ao segundo polo 404 ou ao terceira pola 400 Conforme mostrado na Figura 4, o primeiro polo 402 não è conectado ao terceira paio 406 e. portanto, um caminho de curto-circuito ou é removido ou não é criado. As realizações em que o acoplamento é ao segundo polo 404 (mostrado na Figura 4) podem resultar na conexão de um segmento 408 de um cabo de CC (tal como 108) ao restante do sistema de transmissão de energia. As realizações em que o acoplamento é ao terceiro polo 406 (não mostrado na Figura 4) podem resultar no fornecimento de urn caminha de curto-circuito para a energia recebida em um terminal 410 da unidade de comutação de segmento 400. Nessa

19/48 realização, o primeiro polo 402 não está conectado ao segundo 404 e, portanto, o segmento 408 está desacopiado eletricamente do restante do sistema de transmissão de energia. As unidades de comutação de segmento 400, assim, integram as funcionalidades de ambos cs elementos de comutação de desconexão de curto em urn único comutador baseado em três polos, em vez de usar elementos de desconexão e comutação de curto do tipo bipolar separados, como aqueles mostrados nas Figuras 2 e 3.

[031] As Figuras 1 a 3 ilustram realizações que incluem uma única subestação de energia, ou seja, a subestação de energia 104. As Figuras 5 a 14 ilustram realizações que incluem uma pluralidade de subestações de energia. A Figura 5 é um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia 500 para transmitir energia elétrica da fonte de alimentação 102 para a primeira subestação de energia 104 e uma segunda subestação de energia 502, em conformidade com uma realização. Conforme mostrado nas Figuras 5 e 6, a segunda subestação de energia 502 é disposta entre a primeira subestação de energia 104 e uma unidade de comutação principal 504 do sisterna de transmissão de energia 500. O sistema de transmissão de energia 500 inclui, ainda, um cabo de CC 506 que pode ser configurado para transportar energia da fonte de alimentação 102 para a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 ou diretamente ou através de um retificador (tal como o retificador 106 da F’igura 1) ou da estação de energia principal 202. A configuração e a funcionalidade do cabc de CC 506 podem ser similares àquelas dc cabo de CC 108. No exemplo mestrado nas Figuras 5 e 6, o cabo de CC 508 inclui um primeiro segmento 508, um segundo segmento 510 e um terceiro segmento 512, [032] Em uma realização, a unidade de comutação principal 504 é acoplada eletricamente entre a fonte de alimentação 102 e a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502. Nas realizações mostradas nas

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Figuras 5 s 6₍ o primeiro segmente 508 acopla eletricamente a unidade de comutação principal 504 a uma primeira extremidade 514 da primeira subestação de energia 104, o segundo segmento 510 acopla eletricamente uma segunda extremidade 516 da primeira subestação de energia 104 a uma primeira extremidade 518 da segunda subestação de energia 502 e o terceiro segmento 512 acopla eletricamente uma segunda extremidade 520 da segunda subestação de energia 502 à unidade de comutação principal 504. A rede formada por essa disposição é similar a uma rede em anel, [033] Em algumas realizações, o primeiro, o segundo e o terceiro segmentos 508, 510 e 512 formam, individualmente ou em combinação, os caminhos para rotear a energia para a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502, Em uma realização, a unidade de comutação principal 504 determina o caminho para rotear a energia para a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 no caso de uma falha em um dos segmentos 508, 510 e 512.

[034] Em algumas realizações, conforme mostrado nas Figuras 5 e 6, o sistema de transmissão de energia 500 incluí, ainda, um par de primeiras unidades de comutação de segmento 522 e 524 acoplado eletricamente ao primeiro segmento 508, um par de segundas unidades de comutação de segmento 526 e 528 acoplado eletricamente ao segundo segmento 510 e um par de terceiras unidades de comutação de segmento 530 e 532 acoplado eletricamente ao terceiro segmento 512, A estrutura e a funcionalidade das unidades de comutação de segmento das Figuras 5 a 6 são similares àquelas das unidades de comutação de segmento descritas acima em conjunto com as Figuras 1 a 4, [035] No caso de falha no primeiro segmento 508, as primeiras unidades de comutação de segmento 522 e 524 podem ser usadas para desconectar o segmento defeituoso 508 e criar um caminho de curto-circuito, */48 conforme ilustrado na Figura 6. Simílarmente, mediante um caso de falha no terceiro segmento 512, as terceiras unidades de comutação de segmento 530 e 532 podem ser usadas para desconectar o segmento defeituosa 512 e criar um caminho de curto-circuito (não mostrado), Simílarmente, nu caso da falha no segundo segmento 510, as segundas unidades de comutação de segmento 526 e 528 podem ser configuradas para desconectar o segmento e criar um caminho de curto-circuito (não mostrado).

[036] A fim de operar completamente a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 na realização das Figuras 5-6, pelo menos dois dos segmentos 508, 510, e 512 precisam estar operacionais. São fornecidos abaixo exemplos de várias respostas de falha quando um dos segmentos 508, 510 a 512 está com falha e os outros dois não estão. De uma maneira similar, conforme descrita acima em relação às Figuras 1 a 3, uma vez que o segmento defeituoso seja au substituída por um novo segmento ou reparado para reuso, o par da unidades de comutação de segmenta associado au segmento defeituoso pode ser configurado para conectar eletricamente o segmenta substituído ou reparado ao sistema de transmissão de energia 500 de mudo que a energia possa ser rateada através do segmenta substituido/reparado.

[037] Em algumas realizações, a unidade de comutação principal 504 pode ser configurada para rotear a energia da fonte de alimentação 102 para a primeira subestação de energia 104 e a segunda subestação de energia 502 por meio dos segmentos operacionais, o que será diferenciado dependendo do segmenta defeituoso. O rotearnenta de energia pela unidade de comutação principal 504 pode ser realizc^do simultaneamente com ou subsequentemente á desconexão do segmento defeituoso, à criação do caminho de curto-cirouita e à conexão dos segmentos operacionais.

[038] A Figura 6 é uma representação esquemática do sistema

22/48 de transmissão de energia totalmente operacional 500 em caso de falha no primeiro segmento 508. O sistema de transmissão de energia 500 inclui a estação de energia principal 202, conforme descrito aoima em conjunto com as Figuras 2 e 3. A primeira e a segunda unidades de comutação de segmento 524 e 526 podem estar localizadas ou dentro da (mostrado na Figura 6) ou em proximidade à (conforme mostrado na Figura 5) primeira subestação de energia 104. Similarmente, a segunda e a terceira unidades de comutação de segmento 528 e 530 podem estar localizadas ou dentro da ou em proximidade à segunda subestação de energia 502.

[039] Cada, unidade de comutação de segmento pode incluir uma combinação de um elemento de comutação de desconexão e um elemento de comutação de curto. Conforme mostrado na Figura 6, a primeira unidade de comutação de segmento 522 inclui um elemento de comutação de desconexão 602 e um elemento de comutação de curto 604, a primeira unidade de comutação de segmento 524 inclui um elemento de comutação de desconexão 606 e um elemento de comutação de curto 608, a segunda unidade de comutação de segmento 526 inclui um elemento de comutação de desconexão 610 e um elemento de comutação de curto 612, a segunda unidade de comutação de segmento 528 inclui um elemento de comutação de desconexão 614 e um elemento de comutação de curto 616, a terceira unidade de comutação de segmento 530 inclui um elemento de comutação de desconexão 618 e um elemento de comutação de curto 620 e a terceira unidade de comutação de segmento 532 inclui um elemento de comutação de desconexão 622 e um elemento de comutação de curto 624. Nas realizações alternativas, as unidades de comutação de segmenta podem ser do tipo mostrado na Figura 4, por exemplo. Em outra realização alternativa (não mostrada), uma única unidade de comutação de segmento pode ser usada em um ou mais dos segmentos 508, 510 e 512,

23/48 [040] E.m algumas realizações, os elementos de desconexão e comutação de curto da mesma unidade de comutação de segmento podem ser configurados para serem acionados simultaneamente (conforme mostrado pelas linhas pontilhadas que conectam os elementos de desconexão e comutação de curto). Em outras realizações, para evitar ou reduzir um aroo elétrico, pode ser útil acionar o elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito antes de fazer corn que o elemento de comutação de desconexão desconecte o respectivo segmento. Na realização da Figura 8, os elementos de comutação de desconexão, tal corno os elementos de comutação de desconexão 602 e 60S, no par de comutadores de segmento, tal corno os primeiros comutadores de segmento 522 e 524. podem ser, respectivamente, configurados para desconectar eletricamente o respectivo segmento defeituoso, tal como o segmento defeituoso 508. Na realização da Figura 5, os elementos de comutação de desconexão 618, 622, 610 e 614 são configurados para estar nas posições fechadas para conectar eletricamente os segmentos operacionais 510 e 512 ás subestações de energia 104 e 502 do sistema de transmissão de energia 500.

[041] Na realização da Figura 6, o cabo de CC 506 incluí um primeira caminho de condução 632 e um segundo caminho de condução 634. O primeiro e o segundo caminhos de condução 632 e 634 podem ser estrutural e funcionalmente similares ao primeiro e ao segundo caminhos de condução 224 e 226. respectivamente, da Figura 3. As realizações para roteamento da energia para a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 através do primeiro caminho de condução 632 e a provisão de caminhos de curtocircuito através do segundo caminha de condução 226 definidos pelos elementos de comutação de curto podem ser similares àquelas descritas acima em conjunto com a Figura 3. Especificamente, no caso de uma falha no primeiro segmento 508, conforme mostrado na Figura 6, o elemento de

24/48 comutação de curto 608 fornece um caminho de curto-circuito para a energia recebida em seu terminai 636 e o elemento de comutação de curto 604 fornece um caminho de curto-circuito para a energia recebida em seu terminal 638, Nessa realização, cs elementos de comutação de desconexão dos outros segmentos estão em posições fechadas de modo a manter esses segmentos conectados e os elementos de comutação de curto estão em posições abertas de modo a não causar curto desses segmentos. Dessa maneira, a energia da fonte de alimentação 102 pode ainda alcançar a primeira subestação de energia 104 através do terceiro e do segundo segmentos 512 e 510 e a segunda subestação de energia 502 através do terceiro segmento 512, [042] De uma maneira similar, se uma falha ocorrer no terceiro segmente 512 enquanto os segmentos 508 e 510 estão operacionais, então a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 podem, ainda, receber energia através desses segmentos operacionais. Se, em vez disso, a falha ocorrer nu segundo segmento 510 enquanto os outros segmentos estão operacionais, então o segmento defeituoso 510 é isolado oom a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 recebendo a energia diretamente através do primeiro e do segundo segmentos 508 e 512, respectivamente. Nessa realização com o segmento defeituoso 510, é útil causar curto nos elementos de comutação de curto 612 e 616 nos terminais 644 e 646, respectivamente, e acionar os elementos de comutação de desconexão 610 e 614 para desconectar o segmento defeituoso 510, [043] Na realização da Figura 6, a unidade de comutação principal 504 inclui comutadores de três posições tripulares, ou seja, os comutadores principais 626, 628, e 630. Quando o primeiro segmenta 508 está defeituoso, os comutadores principais 626, 628 e 630 podem ser comutados para a posição ”1” simultaneamente, A posição 'T no comutador principal 626 facilita o fornecimento de um primeiro caminho para a energia até a primeira

25/43 subestação de energia 104 através do segmente operacional 512 e, ainda, através do segmento operacional 510, enquanto desvia do segmento defeituoso 508. No caso de uma falha no terceiro segmento 512, os comutadores principais 626, 628 e 630 podem ser comutados para a posição ^;;2\ o que resultará na energia sendo roteada para a primeira subestação de energia 104 através do primeiro segmento 508 e para a segunda subestação de energia 502 através do primeiro segmento 508 e, ainda, através do segundo segmento 510, No caso em que o segundo segmento 510 é o segmento defeituoso, os comutadores principais 626, 628 e 630 podem ser configurados para serem comutados para a posição 3” para resultar na energia sendo rateada para a primeira subestação de energia 104 através do primeiro segmenta 508 e para a segunda subestação de energia 502 através do terceiro segmento 512, [044] Será percebido por um versado na técnica que, embora a Figura 6 ilustre uma unidade de comutação principal baseada em três posições e tripolar 504; outro tipo da unidade de comutação principal 504 pode ser usado. Um exemplo nâo limitante é um tipo de comutador de quatro posições tripolar. Nas realizações em que comutadores principais de quadro posições trípolares são usados, uma posição em cada um dos três comutadores principais não pode ser usada, por exemplo, mantida “NC.'^: Similarmente à unidade de comutação principal 110, a unidade de comutação principal 504 pode ser implantada ou na estação de energia principal 202, ou na fonte de alimentação 102, ou em qualquer outra plataforma no sistema de transmissão de energia 5Q0, A unidade de comutação principal 504 pode compreender, ainda, uma unidade de comutação com carga e uma unidade de comutação sem carga.

[0451 As Figuras 7 a 10 ilustram realizações em que três subestações de energia estão presentes em um sistema de transmissão de

26/48 energia 700. A Figura 7 é um diagrama de blocos do sistema de transmissão de energia 700 para transmitir energia da fonte de alimentação 102 para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502, e 702, em conformidade com uma realização. Conforme mostrada nas Figuras 7 a 10, a terceira subestação de energia 702 è disposta entre a pnrneíra e a segunda subestações de energia 104 e 502, O sistema de transmissão de energia 700 inclui, ainda, um cabo de CC 704 que é configurado para transportar energia da fonte de alimentação 102 para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702, A configuração e a funcionalidade do cabo de CC 704 podem ser similares àquelas do cabo de CC 108. Em algumas realizações, conforme mostrado nas Figuras 7 a 10, o cabo de CC 704 inclui o primeiro segmento 508, um segundo segmento 700, o terceiro segmento 512 e um quarto segmento 708. Na realização da Figura 7, o segundo segmento 706 acopla eletricamente a segunda extremidade 510 da primeira subestação de energia 104 a uma primeira extremidade 710 da terceira subestação de energia 702 e o quarto segmento 512 acopla eletricamente uma segunda extremidade 712 da terceira subestação de energia 702 à primeira extremidade 518 da segunda subestação de energia 502. A rede formada por essa disposição é similar a uma rede em anel.

[0461 Em uma realização, o primeiro, o segundo, o terceiro e o quarto segmentos 508, 706, 512 e 708, individualmente ou ern combinação, são usados como cs caminhos para ratear a energia para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702, Em algumas realizações, a unidade de comutação principal 504 pade ser usada para facilitar o roteamento da energia para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702.

[047] Em uma realização, o sisterna de transmissão de energia 700 inclui o par de primeiras unidades de comutação de segmento 522 e 524,

27/48 um par de segundas unidades de comutação de segmenta 714 e 716 acoplado eletricamente ao segundo segmento 706, o par de terceiras unidades de comutação de segmento 530 e 532 e um par de quartas unidades de comutação de segmento 718 e 720 acoplado eletricamente ao quarto segmento 708, As funcionalidades e as configurações das várias unidades de comutação de segmento podem ser similares àquelas das unidades de comutação discutidas em relação às Figuras 1 a 6, Uma diferença é que, para realizações com mais de duas subestações de energia, dependendo das laçais das falhas, em algumas situações, diversas subestações de energia (embora provavelmente nâa todas as subestações de energia) podem ser ainda operáveis no caso em que múltiplos segmentos tornam-se defeituosos ao mesmo tempo.

[048] Em um exemplo em que o segundo segmento 706 está defeituoso, a energia pude ser rateada para a primeira subestação de energia 104 através do segmenta operacional 508, rateada para a segunda subestação de energsa 502 através da segmenta operacional 512 e roteada para a terceira subestação de energia 702 através da segmento operacional 512 e através do segmento operacional 708. Como outro exemplo, a fim de isolar o quarta segmenta 708, a energia pode ser roteada para a primeira subestação de energia 104 através da segmenta operacional 508, rateada para a segunda subestação de energia 502 através do segmento operacional 512 e roteada para a terceira subestação de energia 702 através do segmento operacional 508 e através do segmento operacional 706, Como ainda outras exemplos, se o primeiro segmento 508 estiver defeituosa, a energia pode ser roteada para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702 com α uso dos segmentos 512, 708 e 706. Similarmente, se o terceira segmenta 512 estiver defeituoso, a energia pode ser roteada para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702 com o uso dos segmentos 508,

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706 e 708. Em certas realizações em que dois segmentos estão defeituosos, por exemplo, se os segmentos 508 e 706 estiverem defeituosos, a energia pode ser ainda suprida à segunda subestação de energia 502 através do terceiro segmento 512 e à terceira subestação de energia 702 através dos segmentos 512 e 708.

[049] A Figura 8 é uma representação esquemática do sistema de transmissão de energia totalmente operacional 700 em caso de falha no primeiro segmento 508, Na Figura 8, a segunda unidade de comutação de segmenta 714 inclui um elemento de comutação de desconexão 802 e um elemento de comutação de curto 804. a segunda unidade de comutação de segmenta 716 inclui urn elemento de comutação de desconexão 806 e um elemento de comutação de curto 808, e quarta unidade de comutação de segmento 718 incluí um elemento de comutação de desconexão 810 e um elemento de comutação de curto 812 e a quarta unidade de comutação de segmenta 720 inclui um elemento de comutação de desconexão 814 e um elemento de comutação de curto 816. Na realização mostrada nas Figuras 8 a 10, o cabo de CC 704 inclui um primeiro caminho de condução 818 e um segundo caminho de condução 820. O primeiro e o segundo caminhos de condução 818 e 820 podem ser estrutural e funcionalmente similares ac primeiro e ao segundo caminhos de condução 224 e 226, respectivamente. As realizações para a provisão de caminhos de curto-circuito através do segunda caminha de condução 820 definido pelas elementos de comutação de curta e o roteamentc da energia à primeira, à segunda e à terceira subestações de energia 104, 502 e 702 através da primeira caminha de condução 818 podem ser similares àquelas descritas acima em conjunta com as Figuras 2 a 3.

[050] Na caso de falha no primeiro segmento 508 do sistema de transmissão de energia 700, os elementos de comutação de curto associados ao segmento defeituosa 508 impedem que a energia seja roteada para o

29/48 segmento defeituosa 508 e os elementos de comutação de desconexão fazem com que o segmento defeituoso 508 seja desconectado. O restante dos elementos de comutação de desconexão no sistema de transmissão de energia 700 é configurado para estar nas posições fechadas para conectar eletricamente os segmentos operacionais 512, 706 e 708 ao restante do sistema de transmissão de energia 700, se já não estiver nas posições fechadas. Alèm disso, o restante dos elementos de comutação de curto está nas posições abertas, se já não estiver aberto. A unidade de comutação principal 504 pode ser, ainda, usada para rotear energia com o uso dos segmentos operacionais 512, 708 e 706 (posição “l”). No caso de uma falha no terceiro segmento 512, conforme ilustrado na Figura 9. os elementos de comutação de curto associados ao segmento defeituosa 512 impedem que a energia seja roteada para o segmento defeituoso 512 e os elementos de comutação de desconexão fazem com que o segmento defeituoso 512 seja desconectado. O restante dos elementos de comutação de desconexão no sistema de transmissão de energia 700 é configurado para estar nas posições fechadas, se ainda não estiver fechado, e restante dos elementos de comutação de curto está na posição aberta, se ainda não estiver aberto. A unidade de comutação principal 504 pode ser, ainda, usada para rotear a energia com o uso dos segmentos operacionais 608, 706 e 708 (posição “2”), [0511 No caso em que o quarto segmento 708 é c< segmento defeituoso, conforme mostrado na Figura 10, caminhos de curto-circuito podem ser criados para a energia recebida em um terminai 822 pelo elemento de comutação de curto 816 e em um terminal 824 peto elemento de comutação de curto 812. De uma maneira similar, conforme discutido acima, os elementos de comutação de desconexão 810 e 814 são configurados para estar nas posições abertas para desoonectar eletricamente o segmento defeituoso 708, o restante dos elementos de comutação de desconexão no sistema de transmissão de

30/48 energia 700 está nas posições fechadas e o restante das elementos de comutação de curta está nas posições abertas. Em uma realização, os comutadores principais 626, 628 e 630 podem ser configurados para serem comutados para a posição “3” simultaneamente. A comutação para a posição 3” resulta na energia ser roteada para a phmesra, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702, conforme descrito acima em conjunta com a Figura 7.

[052] No caso em que o segundo segmento 706 é o segmento defeituoso (não mostrado), caminhas de curto-circuito podem ser fornecidos para a energia recebida em um terminal 826 do elemento de comutação de curto 804 e em um terminal 828 da elemento de comutação de curto 808, os elementos de comutação de desconexão 802 e 806 podem ser configuradas para estar nas posições abertas para desconectar eletricamente o segmento defeituoso 706, o restante dos elementos de desconexão e comutação de curto pode ser configurado para estar fechado e aberto, respectivamente, e os comutadores principais 626, 628 e 630 podem ser comutados para a posição “37 por exemplo.

[053] Mediante o reparo ou a substituição de um segmento defeituoso, a operação normal do sistema de transmissão de energia 700 pode ser retomada.

[054] As Figuras 1 a 3 e 5 a 10 ilustram diferentes realizações de um sistema de transmissão de energia no caso de falha em qualquer um dos segmentos de cabo. Conforme mencionado anteríormente, o sistema de transmissão de energia (tal como 100, 500 ou 700) pode ser um sistema de transmissão de energia de CC usado através de várias aplicações, por exemplo, processamento submarino para a industria de petróleo e gás e produção offshore de energia eólica.

[055] Uma arquitetura de CC empilhada modular (MSDC) pode

31/48 ser bem adequada para aplicações submarinas que exibem transmissão e distribuição por distâncias longas, A arquitetura MSDC pode usar diversos módulos conversores de energia CC-CC empilhados e conectados em série em ambas as extremidades de transmissão e recepção do sistema de transmissão de energia. Diferente de outros sistemas de transmissão de CC, por exemplo, em que a tensão de enlace de transmissão de CC é controlada, uma corrente de enlace de transmissão cc pode ser controlada na arquitetura MSDC. A arquitetura MSDC controlada por corrente pode ser baseada em transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), tiristores, tal como tiristores comutados de porta integrada (IGCTs), ou similares. Além disso, os módulos conversores de energia podem ser acoplados em série e, portanto, podem ser colocados em curto-circuito facilmente no caso de uma falha, Os módulos conversores de energia acoplados em série podem resultar na redução ou na eliminação de disjuntores de CC quando usados em um sistema HVDC controlado por corrente. Além disso, o sistema HVDC controlado por corrente pode fornecer uma configuração mais simples de uma pluralidade de estações e subestações de energia HVDC em qualquer topologia de rede, tal como, porém, sem limitação, anel estrela, malha ou hibrida. Além disso, tal projeto pode ser menos custosa e mais flexível que os sistemas HVDC controlados por tensão convencionais.

[066] A Figura 11 ilustra uma realização em que o sistema de transmissão de energia de CC é usado em uma aplicação submarina. A Figura 11 é uma representação esquemática de um sistema de transmissão de energia de CC submarino 1100 (doravante referido de modo íntercambiàvel como o ‘'sistema 1100” para facilidade de referência) para transmitir energia da fonte de alimentação 102 para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702, em conformidade com uma realização. Na realização específica ilustrada na Figura 11, a unidade de comutação principal

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604, a primeira unidade de comutação de segmento 522 e a terceira unidade de comutação de segmento 532 são posicionadas na estação de energia principal 202 e as nutras unidades de comutação são posicionadas dentro das respectivas subestações de energia. Em uma realização, conforme mostrado na Figura 11, um sistema onshore 1102 inclui a fonte de alimentação 102 e um retificador opcional 106. Altemativamente, em outra realização (não mostrada), a fonte de alimentação 102 pode estar localizada offshore. Simílarmente, embora a estação de energia principal 202 seja mostrada como estando offshore na realização da Figura 11, em algumas realizações a estação de energia principal 202 pode estar onshore. Em uma realização na aplicação de petróleo e gás, uma turbina a gás pode ser instalada em uma plataforma onshore ou offshore para atuar como a fonte de alimentação 102, Em nutra realização, a fonte de alimentação 102 pude incluir múltiplas fontes de alimentação que estão localizadas tanto onshore quanto offshore. Em tais realizações, no caso de uma falha ou um defeito na fonte de alimentação onshore, a energia pude ser alimentada a partir da fonte de alimentação offshore.

[057] Referindo-se novamente à Figura 11, em conformidade com uma realização, um sistema offshore 1104 inclui a estação de energia principal 202 e a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702 conectadas eletricamente entre si. Em uma realização, cada subestação de energia no sistema 1100 inclui um sistema de conversão de energia empilhado modular Em algumas realizações, conforme mostrado na Figura 11, a primeira, a segunda e a terceira subestações da energia 104, 502, a 702 incluam sistemas de conversão de energia empilhados submoduiares 1106, 1108 a 1110, respectivamente. Ademais, os sistemas de conversão de energia empilhados submodulares 1106, 1108 e 1110 incluem uma pluralidade de módulos conversores de subenergla 1112,1114 e 1116, respectivamente.

33/48 [058] Em algumas realizações, conforme mostrado na Figura 11, em que as cargas pretendidas são CA, os módulos conversores de subenergia 1112, 1114 e 1116 são módulos conversores de energia CC-CA que convertem a energia CC em energia CA, que é usada pelas cargas de CA para operação. Em uma realização, cada um desses módulos conversores de subenergia 1112, 1114, e 1116 pode ser acoplado eletricamente em série ao cabo de CC 704. Em algumas outras realizações, o sistema de conversão de energia empilhado submodular 1106, 1108 ou 1110 pode incluir, ainda, opcionalmente, diversos módulos conversores de energia CC-CC (não mostrado na Figura 11) empilhados e conectados em série. Esses módulos conversores de energia CC-CC podem ser acoplados eletricamente aos módulos conversores de subenergia CC-CA 1112, 1114, e 1116. Em outra realização, em que a carga é uma carga de CC, os módulos conversores de energia CC-CC podem ser conectados eletricamente em série ao cabo de CC 704 sem a inclusão dos módulos conversores de subenergia CC-CA.

[059] Cada subestação de energia pode incluir pelo menos uma carga acoplada eletricamente a alguns ou todos os módulos conversores de subenergia no respectivo sistema de conversão de energia empilhado submodular. Uma realização exemplificativa, conforme mostrada na Figura 11, ilustra a primeira subestação de energia 104 incluindo as cargas 1118 acopladas eletricamente aos módulos conversores de subenergia 1112. A realização exemplificativa também ilustra a segunda subestação de energia 502 incluindo as cargas 1120 acopladas eletricamente aos módulos conversores de subenergia 1114. A Figura 11 ilustra, ainda,, a terceira subestação de energia 702 incluindo cargas 1122 acopladas eletricamente aos módulos conversores de subenergia 1116. A conexão de uma única carga a múltiplos módulos conversores de energia pode facilitar o fornecimento de um suporte de recuperação de falha a um sistema de transmissão de CC, tal como

34/48 o sistema 1100. Ο suporte de recuperação de falha pode ser fornecido por operação de uma carga através de um módulo conversor de energia operacional quando um ou mais outros módulos conversores de energia converter conectados à mesma carga estão defeituosos.

[060] Em algumas realizações, cada um dos sistemas de conversão de energia empilhados submodulares 1106, 1108 e 1110 pode ser configurado de modo que a energia flua através do cabo de CO 704 para a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104. 502 e 702 em ambas as direções. Em uma realização, o fluxo bídireclonal de energia pode ser obtido por acoplamento elétrico de um ou mais terminais de alguns dos módulos conversores de subenergia 1112 em série ao primeiro caminho de condução 818 e o restante dos terminais dos módulos conversores de subenergia 1112 em série ao segundo caminho de condução 820. As interconexões com fio dos terminais do módulo conversor de subenergia 1112. 1114 ou 1116 são ilustradas na Figura 11. lima primeira configuração obtida através das interconexões dos terminais do módulo conversos de subenergia 1112, 1114 ou 1116 pode facilitar o roteamento da energia em uma direção (mostrada pelas setas), por exemplo, através do primeiro caminho de condução 818. Similarmente. uma segunda configuração pode facilitar o roteamento de energia na direção oposta (mostrada pelas), por exemplo, através do segundo caminho de condução 820, Em algumas realizações, conforme mostrado na Figura 11, o acoplamento elétrico ao primeiro caminho de condução 818 pode resultar na energia fluir do terceiro segmento 512 por meio da segunda subestação de energia 502 até o quarto segmento 708, que pode então retransmitir a energia para o segundo segmento 706 por meio da terceira subestação de energia 702. A energia do segundo segmento 706 pode ser ainda retransmitida para a primeira subestação de energia 104. Similarmente, em algumas outras realizações, o acoplamento elétrico ao segundo caminho de

35/48 condução 820 pode facilitar o fornecimento dos caminhos de curto-circuito conforme foi descrito acima em conjunto com a Figura 8.

[061] Alternativamente, nas realizações em que a direção de fluxo de energia deve ser invertida, por exemplo, conforme descrito anteriormente em conjunto com a Figura 0 em que o terceiro segmento 512 está defeituoso, o acoplamento elétrico ao primeiro caminho de condução 818 pode resultar na energia fluindo a partir do primeiro segmento 508 por meio da primeira subestação de energia 104 para o segundo segmento 706. O segundo segmento 706 pede então retransmitir a energia para o quarto segmento 708 por meso da terceira subestação de energia 702. A energia a partir do quarto segmento 708 pode ser ainda retransmitida para a segunda subestação de energia 502. Portanto, o sistema 1100 pode facilitar o fluxo de energia através dos segmentos de cabo de modo bldírecional. Similarmente, em algumas outras realizações, o acoplamento elétrico ao segundo caminho de condução 820 pode facilitar o fornecimento dos caminhos de curto-circuito conforme foi descrito acima em conjunto corn a Figura 9.

[062] Em uma realização, a configuração dos módulos conversores de subenergia 1112, 1114, e 1116 pode ser invertida de modo que o fluxo normal de onerosa possa ocorrer através do segundo caminho de condução 820 e cs caminhos de curto-circuito possam ser fornecidos através do primeiro caminho de condução 818, [063] A estação de energia principal 202 pode incluir um sistema de conversão de energia empilhado modular (“principal) adicional 1124 que inclui uma pluralidade de módulos conversores de energia (“principais) adicionais 1126 e 1128, em conformidade com algumas realizações. As configurações e as funcionalidades do sistema de conversão de energia empilhado modular principal 1124 podem ser similares àquelas do sistema de conversão de energia empilhado modular 1106, 1108 ou 1110, No entanto, os

36/48 módulos conversores de energia principais 126 do sistema de conversão de energia empilhado modular principal 1124 podem ser acoplados eletricamente a um polo 1130 do comutador principal 626, e os módulos conversores de energia principais 1128 podem ser acoplados eletricamente a um polo 1132 do comutador principal 630. Essa configuração pode facilitar o roteamento da energia da fonte de alimentação 102 para o polo 1130 por meio dos módulos conversores de energia principais 1126. Essa configuração pode possibilitar, ainda, o recebimento da energia nus módulos conversores de energia principais 1126 a partir do polo 1132 através do caminho de curto-circuito criado pelo elemento de comutação de curto 608, Adtcíonaímente, conforme mestrado na Figura 11, um terminal de cada módulo nos módulos conversores de energia principais 1126 (ou 1128) pode ser conectado eletricamente aos módulos adjacentes dentre os módulos conversores de energia principais 1126 (ou 1128). Na realização da Figura 11, um terminal 1134 do módulo conversor de energia principal 1126 e um terminal 1140 do módulo conversor de energia principal 1128 são conectados eletricamente aos respectivos primeiro e segundo terminais 1136 e 1142 do retificador 106 por meie de um quinto segmento 1138 rio cabo de CC 704.

[064] Nas realizações em que o fluxo de energia é invertido, por exemplo, conforme descrito anteriormente em conjunto com a Figura 9 ern que c terceiro segmento 512 està defeituoso, o acoplamento elétrico ac polo 1132 pode resultar no roteamento da energia da fonte de alimentação 102 para o polo 1132 por meio dos módulos conversores de energia principais 1128, Além disso, em tais realizações, o acoplamento elétrico pode resultar no recebimento da energia nos módulos conversores de energia principais 1126 a partir do polo 1130 através do caminho de curto-circuito criado pelo elemento de comutação de curto 620, Em algumas realizações, a estação de energia principal 202 pode também incluir uma ou mais cargas 1144 e 1146 acopladas eletricamente aos

37/48 modules conversores de energia principais 1126 e 1128, [065] Alternativamente, em algumas realizações, o fluxo inverso de energia pode ser obtido com c uso do sistema de conversão de energia empilhado submodular (tal como 1106, 1108 ou 1110) para conectar apenas um dentre o pnmeiro e o segundo caminhos de condução 818 e 820 de um segmento ao respectivo caminho de condução do outro segmento. Por exemplo, apenas o primeiro caminho de condução 818 do primeiro segmento 508 pode ser conectado ao primeiro caminho de condução 818 do segundo segmento 706 por meio do sistema de conversão de energia empilhado submodular 1106. Nesse exemplo, o segundo caminho de condução 820 do primeiro segmento 508 pode ser conectado diretamente ao segundo caminho de condução 820 do segundo segmento 706 através do cabo de CC 704, desviando, assim, dc sistema de conversão de energia empilhado submodular 1106.

[066] As Figuras 1 a 3 e 5 a 11 são direcionadas a um sistema de transmissão de energia que retrata uma topologia de anel. No entanto, a invenção não é limitada a qualquer tipo específico de topologia de rede. O sistema de transmissão de energia (100, 500, 700 ou 1100) pode ser, portanto, qualquer outro tipo de topologia de rede, tal como, porém, sem limitação, uma topologia em estrela, uma topologia em malha ou uma topologia híbrida. A Figura 12 ilustra um sistema de transmissão de energia 1200 que retrata uma topologia de rede em estrela estendida do sistema de transmissão de energia 700 da Figura B, em conformidade com uma realização. O sistema 1200 é um sistema em cascata de duas redes em anel, incidindo uma primeira e uma segunda redes em anel 1202 e 1204.

[067] Em algumas realizações, conforme mostrado na Figura 12, a primeira rede em anel 1202 inclui a primeira, a segunda e a terceira subestações de energia 104, 502 e 702 que são acopladas eletricamente à

38/48 primeira unidade de comutação principal 504. A terceira subestação de energia 702 é ilustrada incluindo uma ou mais redes 1206 conectadas em série ao segundo caminho de condução 820 assim oomo uma segunda unidade de comutação principal 1208 para a segunda rede ern anel 1204 que acopla eletricamente os elementos na primeira rede em anel 1202 aos elementos na segunda rede em anel 1204. Em algumas realizações, as cargas 1206 podem ser a capacidade de desvio de modo que, no caso de qualquer talha em qualquer uma das cargas 1206, a energia possa ainda fluir através do sistema 1200 per meio dc cabo de CC 704, Embora não retratado na Figura 12. a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 502 podem incluir, similarmente, uma ou mais cargas como mostrado na Figura 11. Em uma realização, conforme mostrada na Figura 12, a segunda unidade de comutação principal 1208 é acoplada eletricamente ao primeiro caminho de condução 818 do segundo e do quarta segmentos 706 e 708 no lado da primeira rede em anel 1202. Em algumas realizações, os acoplamentos elétricos da segunda unidade de comutação principal 1208 aos elementos na segunda rede em anel 1204 podem ser similares aos acoplamentos elétricos da primeira unidade de comutação principal 504 à primeira, à segunda e à terceira subestações de energia 104, 502 e 702. Além disso, a funcionalidade e a estrutura dos comufadores na segunda unidade de comutação principal 1208 podem ser similares àquelas da unidade de comutação principal 504.

[068J Em uma realização, as cargas 1206 podem ser energia suprida a partir do comutador principal 630 por meio do segundo caminho de condução 820. A energia pude, assim, fluir através do segundo caminho de condução 820 do terceiro segmento 512 e pode ser, ainda, roteada através do segundo caminho de condução 820 do quarto segmento 708 para alcançar as cargas 1206, Em tais realizações, a segunda unidade de comutação principal 1208 recebe a energia a partir do primeiro caminho de condução 818 do quarto

39/48 segmento 708. Em uma realização, a segunda unidade de comutação principal 1208 pode rotear a energia recebida à quinta, à sexta e à sétima subestações de energia 1210, 1212 e 1214 na segunda rede em anel 1204, Em algumas realizações, as configurações e as funcionalidades da quinta, da sexta e da sétima subestações de energia 1210, 1212 e 1214 podem ser similares àquelas da primeira, da segunda e da terceira subestações de energia 104, 502 e 702, respectivamente.

[069] Em algumas realizações., a segunda rede em anel 1204 pode, ainda, incluir segmentos 1216 e 1218 do cabo de CC 704, localizados entre o par adjacente de subestações. Similarmente, em algumas outras realizações, um segmento 1220 do cabo de CC 704 acopla eletricamente a quinta subestação de energia 1210 e a segunda unidade de comutação principal 1208, e um segmento 1222 do cabo de CC 704 acopla eletricamente a sexta subestação de energia 1212 e a segunda unidade de comutação principal 1208. Em uma realização, cada um desses segmentos pode incluir um par de unidades de comutação de segmento similar ao par de unidades de comutação de segmento nos respectivos segmentes 508, 512. 706 e 708 descritos acima em conjunto com a Figura 7 e 8. A configuração da segunda rede em anel 1204 pode ser similar àquela da rede em anel da Figura 8. Na realização da Figura 12, um caso de falha em um dos segmentos do cabo de CC na primeira rede em anel 1202 e em um dos segmentos na segunda rede em anel 1204 pode ser tratado simultaneamente e pode ser gerenciado de uma maneira que é similar aos métodos descritos acima em conjunto com algumas das realizações das Figuras 8 a 10. A cascata do sistema 1200 pode ser entendida a qualquer número de redes em anel em cascata.

[070] A Figura 13 ilustra um diagrama de blocos de um sistema de transmissão de energia 1300 que retrata um tipo de tecnologia híbrida, incluindo uma rede em estrela-anel, em conformidade com uma realização.

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Referindo-se à Figura 13, o sistema 1300 inclui uma unidade de comutação principal 1302 que atua como um elemento de rede central. Em uma realização da Figura 13, o sistema 1300 inclui, ainda, quatro redes em anel, tal oomo 1304, 1306, 1308, e 1310. Em algumas realizações, a unidade de comutação principal 1302 pode ser configurada de tal forma que a mesma possa ser conectada eletricamente a todas as redes em anel 1304, 1306, 1308 e 1310. A conexão elétrica pode possibilitar que a energia da fonte de alimentação 102 seja alimentada a oada uma das quatro redes em anel 1304.. 1306, 1308 e 1310. Em algumas outras realizações, a unidade de comutação principal 1302. pode ser configurada para isolar uma das quatro redes em anel 1304, 1306, 1308 e 1310, no caso da falha em muitos segmentos do cabo de CC dessa rede em anel. A rede em anel 1304, 1306, 1308 ou 1310 pode ser a mesma que a rede em anel ilustrada na Figura 5 ou 7, com oada rede em anel 1304, 1306, 1308 ou 1310 incluindo uma unidade de comutação principal correspondente acoplada ao elemento de rede central 1302. A unidade de comutação principal em cada rede em anel 1304, 1306, 1308 ou 1310 pode operar de uma maneira similar à unidade de comutação principal 504. Similarmente ao sistema 1200. o sistema 1300 pode tratar eventos de falha simultâneos em múltiplos segmentos do cabo de CC, tal como eventos de falha em um segmento do cabo de CC em cada uma das redes em anel 1304, 1306, 1308 e 1310.

[071] A Figura 14 ilustra um sistema de transmissão de energia 1400 que retrata uma topologia de rede em malha em conformidade com uma realização. As configurações e as funcionalidades dos elementos no sistema 700 são adícionalmente aplicáveis ao sistema 1400. Na realização da Figura 14, um quinto segmento adicional 1402 é posicionado entre a primeira e a segunda subestações de energia 104 e 602. Um par de quintas unidades de comutação de segmento 1404 e 1406 pode ser também posicionado em ou

41/48 próximo às extremidades opostas do segmento associado 1402. O sistema 1400 ilustra a realização em que ou o primeiro segmento 508 está defeituosa ou tanto o primeiro como o quinto segmentos 508 e 1302 estão defeituosos. Em tais realizações, os elementos de comutação de desconexão e curto nas unidades de comutação de segmento associadas ao segmento defeituoso podem ser configurados para estar nas posições fechadas e abertas, respectivamente. O restante dos elementos de desconexão e comutação de curto (no sistema 1400) pode ser configurado para estar nas posições fechada e aberta, respectivamente.

[072j Em algumas realizações, ο sistema 1400 pode tratar de eventos de falha simultâneos em quaisquer dois segmentos do cabo de CC 704. Por exemplo, o sistema 1400 pode tratar de eventos de falha simultâneos no primeiro e no segundo segmentos 508 e 706. Em tais realizações (não mostradas), os elementos de comutação de desconexão 1408 e 1410 podem ser configurados para estar nas posições fechadas para fornecer energia à primeira subestação de energia 104 por meio do terceiro segmento 512 e, ainda, através do quinto segmento 1402. À segunda subestação de energia 502 pode ser fornecida energia do terceiro segmento 512, enquanto â terceira subestação de energia 702 pode ser fornecida energia do terceiro e do quarto segmentos 512 e 708.. Similarmente, em algumas realizações, o sistema 1400 pode tratar os eventos de falta no primeiro e no quarta segmentos 508 e 708, ou no terceiro e no quarto segmentos 512 e 708, ou no segundo e no terceiro segmentos 706 e 512. Em uma realização, o sistema 1400 pode incluir, ainda, um sexto segmento (não mostrado na Figura 14) que pode conectar eletricamente a unidade de comutação principal 504 diretamente à terceira subestação de energia 702.

[073] Em algumas realizações, o sistema 1100, 1200, 1300 ou 1400 pode ser substituído por qualquer outro sistema de transmissão de

42/48 energia tal como, porém, sem limitação, qualquer configuração do sistema de transmissão de energia 100, 500 ou 700 enquanto obtém a mesma vantagem de fluxo bldlrecíonaí de energia com o uso de um sistema de conversão de energia empilhado modular. Quando número desejado de subestações de energia ou estações de energia principais pode estar incluído no sistema de transmissão de energia (100, 500, 700, 1100, 1200, 1300 ou 1400) e as subestações de energia e estações de energia principais podem incluir qualquer número de módulos conversores de energia e cargas eletricamente conectadas a esses módulos sem desviar do escopo da invenção.

[074] Em algumas realizações, um controlador pode ser fornecido para operar uma unidade de comutação principal e unidades de comutação de segmento do sistema de transmissão de energia (100, 500, 700, 1100, 1200, 1300 ou 1400). A Figura 15 é um diagrama de blocos de um sistema controlador 1500 para controlar as operações de uma unidade de comutação principal 1502 e um par de unidades de comutação de segmento 1504 e 1506 no oaso da falha em urn respectiva segmento do cabo, em conformidade com uma realização. Em algumas realizações, o sistema controlador 1500 pode incluir um dispositivo de computação e/ou processadores (situados local ou remotamente au tanta local coma remotamente) que pode ser configurado para enviar comandos à unidade de comutação principal 1502 e às unidades de comutação de segmento 1504 e 1506. O termo comando conforme usado no presente documento refere-se a um sinal eletrônico que inclui um comanda para uma unidade de comutação principal ou uma unidade de comutação de segmento para realizar certa tarefa. O comanda pude ser, por exempla, um comando de desconexão, um comanda de conexão, um comando de curto, um comando de remoção de curto au um comando de roteamento, conforme descrito abaixo em algumas realizações. Em uma realização, conforme mostrada na Figura 15, o sistema controlador

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1500 inclui uma primeira unidade de controle 1508. A primeira unidade de controle 1508 pode ser configurada para enviar um comando de desconexão aos elementos de comutação de desconexão (não mostrado na Figura 15) nas unidades de comutação de segmento 1504 e 1506 simultaneamente, no caso da falha no respectivo segmento. O comando de desconexão pode resultar na abertura dos elementos de comutação de desconexão, isolando, assim, o segmento defeituoso do restante do sistema de transmissão de energia (100, 500, 700, 1100, 1200, 1300 ou 1400). Em outra realização, a primeira unidade de controle 1508 pode ser, ainda, configurada para enviar um comando de conexão para conectar os comutadores previamente desconectados em outras unidades de comutação de segmente que estão associadas a um segmento operacional. O comanda de conexão pede resultar no fechamento dos elementos de comutação de desconexão para conectar eletricamente o segmento operacional ao sistema de transmissão de energia (100, 500, 700, 1100. 1200, 1300 ou 1400). Similarmente, a primeira unidade de controle 1508 pode ser configurada para enviar um comando de curto ou um comando de remoção de curto a um ou mais elementos de comutação de curto (não mostrados na Figura 15) a fim de estabelecer ou remover, respec-tivamente, o caminha de curto-circuito.

[075] Conforme descrito acima em algumas realizações, o caminho de curto pode ser criado antes da desconexão do segmento defeituoso. Portanto, a primeira unidade de controle 1508 pode enviar o cornando de curto ao elemento de comutação de curto associado ao segmento defeituoso e, subsequentemente, enviar o comando de desconexão ao elemento de comutação de desconexão associado ao segmento defeituoso. No entanto, quando o cabo reparado/substituído deve ser conectado de volta ao sistema de transmissão de energia, a primeira unidade de controle 1508 pode enviar o sinal de conexão ao elemento de comutação de desconexão

44/48 associado ao segmento reparado/substituído, seguido pele comando de remoção de curto ao elemento de comutação de curto associado ao segmento reparado/substituído, Em algumas outras realizações, a primeira unidade de controle 1508 pode enviar os comandos de curto/remoção de curto e desconexâo/conexâo para ativar o elemento de comutação de curto e seu elemento de comutação de desconexão associado simultaneamente.

[076] Em algumas realizações, conforme mostrado na Figura 15, o sistema controlador 1500 inclui, ainda, uma segunda unidade de controle 1510 que pode ser configurada para enviar um comando de roteamento para a unidade de comutação principal 1502, O comando de roteamento pode resultar na unidade de comutação principal 1502 roteando a energia para uma ou mais subestações de energia por meio do um ou mais segmentos operacionais. Particularmente, o comando de roteamento pode facilitar a determinação da posição (ou a posição ’Ί, 2 ou “3) de comutadores principais na unidade de comutação principal 1502. Conforme descrito anteriormente em algumas realizações, a posição dos comutadores principais pode facilitar a determinação do caminho que a energia tomará para alcançar a uma ou mais subestações de energia a partir da unidade de comutação principal 1502, Em algumas realizações, a primeira unidade de controle 1508 pode ser configurada para enviar um comando de acionamento à segunda unidade de controle 1510, simultâneo com ou subsequente ao envio de comandos de curto/remoção de curto e desconectar/conectar às unidades de comutação de segmento. O comando de acionamento pode acionar a segunda unidade de controle 1510 para enviar o comando de roteamento á unidade de comutação principal 1502. Em uma realização, a primeira e a segunda unidades de contrate 1508 e 1510 podem ser integradas em uma única unidade de controle que realiza as funcionalidades tanto da primeira como da segunda unidade de controles 1508 e 1510,

45/48 [077] Em algumas realizações, o sistema controlador 1500 pode ser ou operado manualmente por um operador ou acionado automaticamente mediante determinação do caso de falha. Alternativamente, em algumas outras realizações, ο sistema de transmissão de energia pode omitir o sistema controlador 1500 do sistema de transmissão de energia nas realizações em que a unidade de comutação principal e as unidades de comutação de segmento recebem comandas que são enviados diretamente pelo operador.

[078] Em uma realização, o caso de falha pode ser determinado por quaisquer técnicas conhecidas de detecção de falhas em um cabo, tal como, porém, sem limitação, por detecção de altercação na tensão ou corrente através de um segmento de cabo, por exemplo, com o uso de sensores instalados nas extremidades opostas de um segmento de cabe, ou por detecção da corrente em um resistor aterrado. Nas realizações em que o caso da falha é uma manutenção programada regular, o operador pode usar uma programação de manutenção ou outro guia de planejamento ou, em algumas circunstâncias, pode determinar manualmente o caso de falha por obtenção dos dados relacionados ao desgaste a à ruptura geral do segmento do cabo.

[079] A Figura 16 é um fluxograma que retrata um método 1600 para fornecer um suporte de recuperação de falha de segmento de cano em um sistema de transmissão de energia, em conformidade com uma realização. O método 1600 garante que o sistema de transmissão de energia permaneça operacional mesmo no caso de uma falha ou um caso de manutenção em um respectivo segmento de um cabo de CC. A energia pode ser transmitida em um sistema de transmissão de energia de modo que a energia de uma fonte de alimentação possa ser transmitida para uma ou mais subestações de energia por meio de um ou mais segmentos do cabo de CC durante uma operação normal, ou seja, quando não há caso de falha e qualquer um dos segmentos de cabo de CC. Em algumas realizações, o cabo de CC segmento pode ser

46/48 acoplado eletricamente à respectiva subestação de energia. Além disso, em algumas realizações, os segmentos podem formar, individualmente ou em combinação, um caminho para ratear a energia para as subestações de energia.

[0801 Em algumas realizações, o sistema de transmissão de energia pode incluir, ainda, pelo menos uma unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente ac· respectivo segmento. Algumas ou todas as unidades de comutação de segmento podem incluir um elemento de comutação de desconexão e um elemento de comutação de curto, em conformidade com algumas realizações. Na etapa 1602, no caso da falha em um dos segmentos, o(s) elemento(s) de comutação de curto associado(s) ao segmento defeituoso é(são) acionado(s) para fornecer um caminho de curtocircuito para a energia recebida na(s) unidade(s) de comutação de segmento associada(s) ao segmento defeituosa. Criar o caminho de curto-circuito permite evitar que a energia que será recebida na(s) unidade(s) de comutação de segmento seja, ainda, roteada ao segmento defeituoso.

[081] Na etapa 1604, o(s) elemento(s) de comutação de desconexão associado(s) a esse segmento defeituoso é(são) acionado(s) para desconectar o segmento defeituoso. Em algumas realizações, o acionamento nas etapas 1602 e 1604 pode ser obtido por um sistema controlador tal corno o sistema controlador 1500 ou manualmente por um operador conforme descrito acima. Por exemplo, no caso da falha no primeiro segmento, os elementos de comutação de desconexão associados ao primeiro segmento pedem ser configurados para estar em posições abertas de medo que o primeiro segmento passa ser isolado eletricamente do sistema de transmissão de energia.

[082> Em algumas realizações, os elementos de desconexão e comutação de curto da mesma unidade de comutação de segmento podem ser

47/48 configurados para ser acionados simultaneamente ou podem ser integrados em um único comutador, tal como o comutador tripoiar da Figura 4, Em outras realizações, para evitar ou reduzir um arco elétrico pode ser útil acionar o elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito antes de fazer com que o elemento de comutação de desconexão desconecte o respectivo segmento. As configurações desses elementos de desconexão e comutação de curto podem ser inversamente proporcionais, de modo que, se um desses comutadores estiver fechado, o outro possa estar aberto.

[083] Na etapa 1606, os segmentos operacionais são configurados para estarem acopladas eletricamente ao restante do sistema de transmissão de energia, específicamente à subestação de energia, no caso da falha se tais segmentos não estiverem já acoplados à subestação de energia. Por exemplo, no caso da falha no primeiro segmento, os elementos de comutação de desconexão associados ao segundo segmenta podem ser configurados para estar em posições fechadas para conectar eletricamente α segundo segmento operacional ao restante do sistema, de transmissão de energia. Além disso, no caso da falha no primeiro segmento, as elementos de comutação de curto associadas ao segunda segmento podem ser configurados para estar em posições abertas, se já não estiverem abertos.

[084] Na etapa 1608, a energia é roteada per uma unidade de comutação principal para as subestações de energia por meio dos segmentas operacionais. Por exemplo, no caso da falha no primeiro segmento, a unidade de comutação principal pude rotear a energia para uma subestação de energia por meia da segundo segmenta. Em algumas realizações, a unidade de comutação principal pode incluir comutadares principais de duas posições bipolarss, tal como os camutadares principais 220 e 222, ou comutadores de três posições tripulares, tais coma os comutadores principais 626, 628 e 630.

[0851 O suporte de recuperação de falha fornecido pela sistema

48/48 de transmissão de energia (100, 500, 700, 1100, 1200, 1300 ou 1400) pode ser útil para manter a transmissão de energia durante o periodo de reparo/substituiçâo do segmento de cabo defeituoso. Como o reparo de um capo submarino tipicamente pode exibir um longo tempo, por exemplo, algumas semanas, pode ser vantajoso implantar o sistema de transmissão de energia (100, 500, 700, 1100, 1200, 1300 ou 1400) que pode ser mantido totalmente operacional mesmo no caso da falha no segmento do nabo.

[085] Deve-se entender que um versado na técnica perceberá a possibilidade de intercâmbio de vários recursos de diferentes realizações e que os vários recursos descritos, assim como outros equivalentes conhecidos para cada recurso podem ser misturados e combinados per um versado na técnica para construir sistemas e técnicas adicionais em conformidade com os princípios desta revelação. Deve-se, portanto, entender que as reivindicações anexas pretendem abranger todas tais modificações e alterações conforme estejam dentro do espírito verdadeiro da invenção.

[087] Apesar de apenas certos recursos da invenção terem sido ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e alterações podem ocorrer àqueles versados na técnica, Deve-se, portanto, entender que as reivindicações anexas pretendem abranger todas tais modificações e alterações conforme esteiam dentro do espirito verdadeiro da invenção.

Claims

REtWPICAÇÕeS

1. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA caracterizado peto fato de que compreende:

pelo menos uma subestação de energia para receber energia de uma fonte de alimentação:

um cabo de Corrente Contínua (CC) para transferir energia da fonte de alimentação para a subestação de energia, em que o cabo de CC compreende uma pluralidade de segmentos que formam, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para a subestação de energia: e pelo menos uma unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente a cada segmento da pluralidade de segmentos, em que peto menos uma das unidades de comutação de segmento compreende:

pelo menos um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seja roteada para um respectivo segmento em resposta a um comando de curto, e pelo menos um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento em resposta a um comando de desconexão.
2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo tato de que a peto menos uma unidade de comutação de segmento para oada respectivo segmento compreende um par de unidades de comutação de segmento acoplado eletricamente em ou próximo a extremidades opostas do respectivo segmento.
3. SISTEMA, de acordo oom a reivindicação 1 < caracterizado peto fato de que o cabo de CC compreende um primeiro caminho de condução e um segundo caminho de condução, em que um dentre o primeiro e o

2/6 segundo caminhos de condução roteia a energia da fonte de alimentação para a subestação de energia.
4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1.. caracterizado pelo fato de que a subestação de energia compreende um sistema de conversão de energia empilhado submodular que compreende uma pluraiidade de módulos conversores de subenergia acoplados eletricamente em série ao cabo de GC.
5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a subestação de energia compreende, ainda, pelo menos uma carga acoplada eletricamente a pelo menus um módulo da pluralidade de módulos conversores de subenergia,
6 SISTEMA, de acorde com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma estação de energia principal acoplada eletricamente entre a fonte de alimentação e a subestação de energia,
7. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a estação de energia principal compreende um sistema de conversão de energia empilhado modular principal que compreende uma pluralidade de módulos conversores de energia principais acoplados eletricamente em série ao cabo de CC.
8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a estação de energia principal compreende, ainda, pelo menos uma carga acoplada eletricamente a pelo menos um módulo da pluralidade de módulos conversores de energia principais,
9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma primeira unidade de controle para, no caso de uma falha no ou um caso de manutenção para o respectivo segmento, enviar pelo menos um dentre o comando de curto ao pelo menos um elemento

3/6 de comutação de curto e o comando de desconexão ao pelo menos um elemento de comutação de desconexão.

1'0, SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma unidade de comutação principal acoplada entre a fonte de alimentação e a subestação de energia e configurada para, em caso de uma falha em caso de uma manutenção para o respectivo segmento, ratear a energia para a subestação de energia por meio de pelo menos um segmento operacional da pluralidade de segmentos.
11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, uma segunda unidade de controle para, em caso de falha ou em caso de manutenção, enviar um comanda de roteamento para a unidade de comutação principal para ratear a energia para a subestação de energia por meio do pelo menos um segmento operacional.
12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma subestação de energia compreende duas ou mais subestações de energia, em que as duas ou mais subestações de energia são dispostas em um anel, uma estrela, uma malha ou uma topologia de rede híbrida.
13. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela fato de que o pela menos um curto e o pelo menos um elemento de comutação de desconexão compreendem comutadares separados.
14. SISTEMA DE TRANSMISSÃO DE ENERGIA DE CC SUBMARINO caracterizado pela fato de que compreende:

um sistema onshore que compreende:

uma fonte de alimentação; e um sistema offshore que compreende:

subestações de energia para receber energia da fonte de alimentação, em que pelo menos uma ou mais das subestações de energia

4/6 compreende um sistema de conversão de energia empilhado submodular que compreende uma pluralidade de módulos conversores de subenergia, uma estação de energia principal acoplada eletricamente entre a fonte de alimentação e as subestações de energia, em que a estação de energia principal compreende um sistema de conversão de energia empilhado modular principal que compreende uma pluralidade de módulos conversores de energia principais, uma unidade de comutação principal, um cabo de CC para transferir a energia da fonte de alimentação para as subestações de energia, em que o cabo de CC compreende uma pluralidade de segmentos entre a unidade de comutação principal e as subestações de energia, em que a pluralidade de segmentos forma, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para a subestação de energia, e pelo menos uma unidade de comutação de segmento acoplada eletricamente a cada segmento da pluralidade de segmentos, em que pelo menos uma das unidades de comutação de segmento compreende:

pelo menos um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seja roteada para um respectivo segmento em resposta a um comando de curto, e pelo menos um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento em resposta a um comando de desconexão,
15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o sistema de conversão de energia empilhado submodular facilita o fluxo de energia através da pluralidade de segmentos de modo bidireoiunal

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16. MÉTODO PARA TRANSMITIR ENERGIA em um sistema de transmissão de energia caracterizado pele foto de que compreende subestações de energia para receber energia de uma fonte de alimentação e um cabo de CC que compreende uma pluralidade de segmentos que formam, individualmente ou em combinação, um caminho para rotear a energia para as subestações de energia, em que o método compreende garantir, no caso de uma falha no ou um caso de manutenção para um respectivo segmento, que o sistema de transmissão de energia permaneça operacional:

(i) acionando pelo menos um elemento de comutação de curto para fornecer um caminho de curto-circuito para impedir que a energia da fonte de alimentação seja roteada para o respectivo segmento;

(ií) acionando pelo menos um elemento de comutação de desconexão para desconectar o respectivo segmento; e (iíi) rotear a energia para as subestações de energia por meio de pelo menos um segmenta operacional da pluralidade de segmentes.
17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que acionar α pelo menos um elemento de comutação de curta para fornecer o caminha de curto-circuito compreende enviar um comando de curto ao pelo menos um elemento de comutação de curto,
18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que acionar o pelo menos um elemento de comutação de desconexão para descanectar o respectivo segmento compreende enviar um comando de desconexão ao pela menos um elemento de comutação de desconexão.
19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende, ainda, acoplar eletricamente o pelo menos um segmento operacional à subestação de energia.

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26.. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado peío fato de que uma unidade de comutação principal ê acoplada entre a fonte de alimentação e as subestações de energia e compreende, ainda., enviar um comando de roteamento à unidade de comutação principal para acionar a unidade de comutação principal para rotear a energia para a subestação de energia por meio do pelo menos um segmento operacional