BR112019024168A2 - Configuração de interruptor em falha elétrica e método de remoção de falha elétrica na central de conversor dc flexível - Google Patents
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Abstract
"configuração de interruptor em falha elétrica e método de remoção de falha elétrica na central de conversor dc flexível" trata-se de uma configuração de interruptor em falha elétrica e método de remoção da mesma em uma central de conversor dc flexível, a central de conversor dc flexível sendo configurada com um interruptor (qf1) na banda de rede e um interruptor (qf2) de divisão de fase na banda de válvula na central de conversor. quando ocorre uma falha elétrica, faz-se a detecção e identificação da fase em falha e da fase sem-falha por meio de proteção de diferencial ou de corrente excessiva sob baixa voltagem. gera-se uma condição de cruzamento nulo de corrente alternada (ac) através de primeiramente desligar-se a fase de um interruptor (qf2) de divisão de fase na banda de válvula da fase sem-falha e o interruptor (qf1) na banda de rede, eliminando-se, assim, a fase com falha, com a desconexão em seguida da conexão entre uma fonte de alimentação e um ponto em falha, chegando-se então a remoção das falhas. o método de remoção de falha elétrica é simples e prático, altamente confiável, com a conexão entre o ponto de falha e a fonte de alimentação sendo efetuada rapidamente e de incisão eficiente; o equipamento da central de conversor apresenta-se efetivamente protegido, evitando-se uma expansão adicional da falha elétrica.
Description
CONFIGURAÇÃO DE INTERRUPTOR EM FALHA ELÉTRICA E MÉTODO DE REMOÇÃO DE FALHA ELÉTRICA NA CENTRAL DE CONVERSOR DC FLEXÍVEL
Campo Técnico
[001] A presente invenção é pertinente ao campo de transmissão flexível e transmissão de corrente alternada (AC) flexível do sistema de potência, relacionando-se em particular a uma configuração de interruptor em falha elétrica e método de remoção da mesma em uma central de conversor DC flexível.
Fundamentos
[002] A transmissão via corrente direta (DC) e a nova geração de transmissão AC flexível utilizam conversores de fonte de voltagem, os quais podem ajustar independentemente a potência ativa e reativa melhorando a capacidade de transmissão do sistema AC. Obviamente, ocorre uma competitividade em aplicações tais como em redes de geração de potência para energia renovável, fontes de alimentação para ilhas isoladas, e interconexão de sistemas de comunicação. A partir do desenvolvimento dos componentes eletrônicos de potência e da tecnologia de controle, a capacidade e os níveis de voltagem de sistemas de transmissão DC flexíveis e de transmissão AC flexível estão tornando-se mais e mais elevados.
[003] De modo a manter-se a estabilidade da voltagem DC, a transmissão DC flexível necessita do uso de aterramento na banda de válvula AC ou de aterramento na banda DC para fixação da voltagem DC. O método de aterramento na banda DC inclui um método de aterramento monopolar na banda DC, um aterramento de alta impedância na banda DC de alta resistência, e coisas do gênero. Conforme o nível de voltagem de transmissão DC flexível torne-se mais e mais elevado, uma verdadeira topologia bipolar é utilizada para reduzir a quantidade de cascatas de um simples sub-módulo unitário de conversor para chegar-se a uma potência de
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2/9 transmissão de grande capacidade. A estrutura do sistema de transmissão DC flexível bipolar, normalmente, faz uso do aterramento na banda DC, com o aterramento na banda DC levando aos seguintes problemas: quando a banda de válvula e o braço da ponte da central de conversor encontram-se aterrados ou em curto-circuito, um laço é formado com o sistema de aterramento na banda DC, e uma polarização DC é superimposta na corrente alternada, levando a que a corrente fluindo através da banda de rede comute-se para atingir o ponto de cruzamento nulo, provocando assim uma falha de desengate do interruptor AC, o que pode danificar o equipamento, como os interruptores mecânicos e as válvulas de conversor.
[004] A patente CN201510999677.5 propõe a redução da polarização DC da corrente AC via derivação do sub-módulo de braço de ponte inferior de uma fase sem-falha da válvula de conversor. O método é voltado para uma falha de aterramento na fase simples, havendo novamente o disparo do sub-módulo de válvula de conversor após a válvula de conversor ter sido travada. No caso de uma falha, a corrente altera-se rapidamente, com o novo disparo da válvula de conversor após ter havido o seu travamento. Isto impõe um diagnóstico preciso da falha, e impõe também que o sistema de controle de válvula atue pronta e confiavelmente, existindo um grande risco, o que representa um teste para o dispositivo de comutação. Atualmente, a central de conversor DC flexível é equipada, genericamente, com um interruptor (QF1) AC na banda de rede, sem qualquer interruptor (QF2) na banda de válvula. Mesmo se o interruptor (QF2) for disposto na banda de válvula, o interruptor da banda de válvula não executa a seleção quanto a fase em falha, e não coopera sincronizando-se com o interruptor (QF1) da banda de rede para resolver o problema do interruptor AC não poder ser desengatado, ocorrendo a danificação do interruptor AC devido a não existir uma corrente AC de cruzamento nulo em função de uma falha de aterramento na central de conversor.
[005] No passado, a seleção de fase em falha de proteção
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3/9
AC em geral selecionava primeiramente desengatar a fase em falha, sem desengatar a fase sem-falha, não desengatando a fase sem-falha, o que não conduz a solução do problema de que não existe um cruzamento nulo da corrente AC com o interruptor não podendo ser interrompido, algo que é provocado pela falha na central de conversor originada pelo aterramento na banda DC.
[006] De forma a chegar-se a uma solução confiável para o problema da corrente AC não poder ser interrompida quando da ocorrência de uma falha assimétrica na central de conversor induzida pelo aterramento na banda DC, para garantir-se a segurança do interruptor mecânico e do equipamento da central de conversor, e para impedir-se que o interruptor falhe em desengatar-se e não poder impedir que a falha venha a piorar, a presente invenção provêm um interruptor (QF1) na banda de rede e um interruptor (QF2) na banda de válvula cooperando entre si na central de conversor DC flexível. O interruptor de banda de rede coopera com o interruptor de banda de válvula, após detectar a falha de aterramento na central de conversor, desengatando primeiramente a fase sem-falha na banda de válvula, e em seguida, desengatando o interruptor da banda de rede via o interruptor de divisão de fase na banda de válvula, podendo haver a efetiva e pronta remoção da falha interna da central de conversor enquanto garantindo-se a segurança do interruptor AC.
Sumário
[007] O objetivo da presente invenção consiste em prover uma configuração de interruptor em falha elétrica e um método de remoção da mesma adequado para uma central de conversor de aterramento de banda-DC. Em adição ao interruptor (QF1) na banda de rede, a central de conversor DC flexível é provida com um interruptor (QF2) de divisão de fase na banda de válvula. O interruptor na banda de rede e o interruptor na banda de válvula cooperam entre si. Após o sistema de proteção detectar uma falha de
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NS aterramento e uma fase em falha elétrica na central de conversor, dá-se primeiramente o desengate da fase sem-falha na banda de válvula, e em seguida, o interruptor na banda de rede é desengatado, de modo que a falha na central de conversor possa ser pronta e efetivamente removida enquanto que garantindo-se a segurança do interruptor AC, e a falha na central de conversor possa ser verdadeiramente removida, pode-se garantir a operação segura do equipamento da central de conversor, e impedir-se que a influência da falha venha a expandir-se.
[008] De modo a chegar-se ao objetivo acima, tem-se a descrição das soluções da presente invenção conforme segue adiante.
[009] Tem-se provisão de uma configuração de interruptor em falha elétrica e método de remoção da mesma em uma central de conversor DC flexível, aonde uma central de conversor DC flexível, configurada respectivamente com um interruptor (QF!) na banda de rede e um interruptor (QF2) de divisão de fase na banda de válvula, e quando da ocorrência de uma falha na central de conversor, efetua primeiramente o desengate de um interruptor da fase sem-falha na banda de válvula,e em seguida, desengata o interruptor na banda de rede, executando a remoção quanto às falhas na central de conversor, com o método de remoção de falhas elétricas incluindo especificamente:
1) identificação, pelo sistema de proteção, de uma fase em falha e uma fase sem-falha quando da detecção de falha elétrica na central de conversor;
2) envio de um comando de desengate ao interruptor (QF2) na banda de rede no tempo t1;
3) envio de um comando de desengate ao interruptor (QF1) na banda de rede no tempo t2;
4) a relação entre t1 e t2 é t1 <t2.
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5) envio de comando de desengate ao interruptor (QF2) na banda de válvula de fase em falha após um intervalo de tempo At, após o desengate do interruptor (QF1) na banda de rede.
[010] De acordo com a configuração de interruptor em falha e um método de remoção de falha em uma central de conversor DC flexível, o sistema de proteção pode fazer uso ainda de uma detecção de proteção de diferencial para encontrar uma fase em falha ou uma corrente excessiva de baixa voltagem na banda de válvula determinando a localização da falha e a fase em falha.
[011] De acordo com a configuração de interruptor em falha e um método de remoção de falha em uma central de conversor DC flexível, o valor de t1 vai ainda de 0 a 10s, o valor de t2 vai de 0 a 15s, e o intervalo de tempo At vai de 0 a °°.
[012] De acordo com a configuração de interruptor em falha e um método de remoção de falha em uma central de conversor DC flexível, o interruptor (QF2) na banda de válvula configurado consiste de um interruptor de divisão de fase.
[013] De acordo com a configuração de interruptor em falha e um método de remoção de falha em uma central de conversor DC flexível, a região em falha na central de conversor refere-se principalmente a uma falha entre uma voltagem sincronizada Us e o barramento de via positiva e o barramento de via negativa.
Breve Descrição dos Desenhos
[014] A Fig. 1 consiste de uma vista esquemática das posições de interruptor e das localizações em falha em uma central de conversor em falha de acordo com a presente invenção.
[015] A Fig. 2 consiste de um diagrama de formato de onda da corrente com falha elétrica no caso aonde somente o interruptor na
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6/9 banda de rede é desengatado quando ocorrendo uma falha na banda de válvula.
[016] A Fig. 3 consiste de um diagrama de formato de onda da corrente com falha elétrica no caso aonde o interruptor na banda de rede e o interruptor na banda de válvula são desengatados em mútua cooperação quando da ocorrência de falha na banda de válvula.
Descrição das Modalidades
[017] As soluções técnicas da presente invenção são descritas detalhadamente adiante tendo como referência os desenhos de acompanhamento e as modalidades específicas.
[018] A invenção estuda as falhas em uma central de conversor de um sistema de aterramento na banda DC proporcionando uma configuração de interruptor e um método de remoção de falha. O aterramento de uma válvula de conversor pode ser alcançado pelo fechamento de um interruptor QS5 de aterramento na Fig. 1.
[019] Em geral, a central de conversor de transmissão DC flexível é equipada com um interruptor (QF1) na banda de rede sem o interruptor (QF2) na banda de válvula. Com exceção de algumas centrais de conversor contendo transformadores de enrolamento triplo equipadas com interruptores (QF2) na banda de válvula, o terceiro enrolamento do transformador sendo utilizado como fonte de alimentação da central. A finalidade da configuração do interruptor (QF2) na banda de válvula é a de habilitar-se a operação do transformador durante a manutenção da válvula de conversor.
[020] Fig. 1: a voltagem Us sincronizada na banda de rede, a corrente IS na banda de rede, o interruptor QF1 na banda de rede, o interruptor QF2 no interruptor de divisão de fase na banda de válvula, a corrente IVT de bucha na banda de válvula do transformador, o interruptor QF3
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7/9 de derivação, a voltagem UV na banda de válvula, a corrente IVC na banda de válvula, a corrente IDP na via DC, a corrente IDNE da via neutra.
[021] Considerando as falhas de aterramento das posições F1 e F2 da fase-C do polo 1 da válvula de conversor como um exemplo, são apresentadas na Fig. 2, a corrente na banda de rede e a corrente na banda de válvula após a falha de F1 no tempo 0,02 da área de conexão AC na banda de válvula do conversor. Tem-se que IS_A, IS_B e IS_C na Fig. 2 consistem de correntes trifásicas respectivamente na banda de rede e IVC_A, IVC_B, e IVC_C consistem de correntes na banda de válvula. Conforme mostrado na Fig. 2, a fase da corrente A e a fase B na banda de rede não apresentam cruzamento nulo, caso sejam providas somente com o interruptor (QF1) na banda de rede e sem o interruptor (QF2) na banda de válvula, o comando de desengate de interruptor é emitido em 0,08s. Conforme mostrado na Fig. 2, uma vez que a corrente de fase B não apresenta cruzamento nulo, ela necessita em torno de 140ms após ter ocorrido o comando de desengate de interruptor para haver o ligamento do interruptor na banda de rede, e neste processo uma vez que não existe ponto de cruzamento nulo para forçar o desligamento do interruptor QF1, os contatos do interruptor e demais componentes são danificados e a falha elétrica não pode ser efetivamente removida.
[022] Em relação a falha na banda de válvula na central de conversor, a análise determinou existir um ponto de cruzamento nulo na corrente de banda de válvula de fase sem-falha. Através de uma série de cálculos e análises, a banda de válvula é adicionada com um interruptor QF2 de divisão de fase. Após a detecção da falha na central de conversor, desengata-se primeiramente a corrente na banda de válvula de fase sem-falha, uma vez que existe um ponto de cruzamento nulo na banda de válvula de fase sem-falha, correspondentemente, desengata-se o interruptor QF2 na banda de válvula, que pode separar a fase sem-falha na banda de válvula da posição em falha elétrica, com a corrente na banda de rede cruzando o ponto nulo em
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8/9 seguida, e neste momento, efetua-se novamente o desengate do interruptor na banda de rede, podendo-se portanto isolar-se a falha sem provocar danos aos dispositivos em falha do interruptor.
Sequem as etapas específicas
1. Em acréscimo ao interruptor (QF1) na banda de rede, a central de conversor DC flexível é configurada com um interruptor (QF2) de divisão de fase na banda de válvula.
2. Um sistema de proteção e controle na central de conversor pode apoiar-se na corrente de diferencial (IVT-IVC) entre a IVT e a IVC ser maior do que o valor estabelecido Idelt. Idelt assume o valor nominal 1,0 pu. Assume-se que caso a posição de falha esteja na banda de válvula da central de conversor, ela seja uma fase em falha. De outra forma, ela é uma fase sem-falha.
3. Após a detecção e identificação da posição de falha e da fase em falha, o sistema de proteção de controle de válvula do conversor retarda o tempo t1 enviando um comando de desengate da fase sem-falha até ao interruptor (QF2) na banda de válvula, e t1 é enviado dentro de (0-1 Os).
4. O sistema de controle e proteção na central de conversor retarda o tempo t2 a ser enviado ao interruptor QF1 na banda de rede, sendo t2 ajustado dentro de (0-15s).
5. A relação entre t1 e t2 é t1 <t2.
6. Após o desengate do interruptor na banda de rede, envia-se o tempo de retardo At de comando de desengate da fase em falha ao interruptor (QF2) na banda de válvula, sendo At ajustado dentro do intervalo (0°°s).
7. Após as etapas acima, os interruptores trifásicos QF1 e QF2 são desengatados, e a falha é removida sem a danificação dos interruptores.
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9/9
[023] De acordo com a configuração de interruptor em falha elétrica e o método de remoção da mesma em uma central de conversor DC flexível da presente invenção, após ocorrer a falha de aterramento na banda de válvula, o formato de onda com a falha removida é conforme mostrado na Fig. 3, ocorre uma falha aos 0,02s, sendo emitido um comando de desengate à fase sem-falha na banda de válvula aos 0,06s. Um comando de desengate do interruptor na banda de rede é enviado com retardo de 1ms, sendo a falha removida dentro de 10ms, uma vez que tenha sido enviado o comando ao interruptor. Não existe problema quanto ao interruptor em falha não poder ser ligado e dele ser danificado e da falha não poder vir a ser removida.
[024] A presente invenção introduz uma modalidade aonde a falha de aterramento em fase simples da região F1 ou F2 de conexão AC na banda de conversor é tomada como um exemplo, sem a presente invenção ficar restrita a uma falha de aterramento em fase simples, sendo aplicável métodos de remoção de falha para outras falhas de aterramento ou falhas de curto-circuitos na central de conversor, por exemplo, no aterramento de um reator de braço de ponte e outros tipos de falhas.
[025] As modalidades anteriores são empregadas para esclarecimento da concepção técnica da presente invenção, sem pretender limitar o âmbito de proteção da presente invenção. Qualquer modificação feita com base nas soluções técnicas vinda em acordo com a concepção técnica da presente invenção deverá incluir-se dentro do âmbito de proteção da presente invenção.
Claims (5)
1. CONFIGURAÇÃO DE INTERRUPTOR EM FALHA E MÉTODO DE REMOÇÃO DA MESMA EM UMA CENTRAL DE CONVERSOR DC FLEXÍVEL, caracterizada pelo fato de a central de conversor DC flexível configurada, respectivamente, com um interruptor (QF1) na banda de rede e um interruptor (QF2) de divisão de fase na banda de válvula, e quando da ocorrência de falha na central de conversor, desengatar primeiramente um interruptor de fase sem-falha na lateral de válvula, desengatando, em seguida o interruptor na banda de rede, e executando a remoção das falhas na central de conversor, o método de remoção das falhas incluindo especificamente: quando ocorre uma falha na central de conversor;
- envio de um comando de desengate de interruptor (QF2) na banda de válvula da fase sem-falha no tempo t1, e envio de um comando de desengate de interruptor (QF1) na banda de rede no tempo t2, sendo que a relação entre t1 e t2 é t1 <t2;
- envio de um comando de desengate de interruptor (QF2) na banda de válvula de fase em falha após um intervalo de tempo At, após o desengate do interruptor (QF1) na banda de rede.
2. CONFIGURAÇÃO DE INTERRUPTOR EM FALHA E MÉTODO DE REMOÇÃO DA MESMA EM UMA CENTRAL DE CONVERSOR DC FLEXÍVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a fase em falha ser detectada pelo uso de proteção de diferencial, ou da fase em falha ser determinada de acordo com uma corrente excessiva de baixa voltagem da banda de válvula.
3. CONFIGURAÇÃO DE INTERRUPTOR EM FALHA E MÉTODO DE REMOÇÃO DA MESMA EM UMA CENTRAL DE CONVERSOR DC FLEXÍVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o valor de t1 ir de 0 a 10s, o valor de t2 ir de 0 a 15s, e o intervalo de tempo ir de 0 a °°.
Petição 870190118661, de 15/11/2019, pág. 43/54
2/2
4. CONFIGURAÇÃO DE INTERRUPTOR EM FALHA E MÉTODO DE REMOÇÃO DA MESMA EM UMA CENTRAL DE CONVERSOR DC FLEXÍVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o interruptor (QF2) na banda de válvula utilizar um interruptor de divisão de fase.
5. CONFIGURAÇÃO DE INTERRUPTOR EM FALHA E MÉTODO DE REMOÇÃO DA MESMA EM UMA CENTRAL DE CONVERSOR DC FLEXÍVEL, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de uma falha na central de conversor ser uma falha em uma região entre a banda secundária de um transformador, uma via de polo e uma via neutra.
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