BR112020006802A2 - esquema de conversão e método para operar um esquema de conversão - Google Patents

Abstract

Trata-se de um esquema de conversão (30) que compreende uma pluralidade de polos e uma pluralidade de conversores (32), sendo que a pluralidade de polos inclui pelo menos um polo positivo (60), pelo menos um polo negativo (62) e um polo neutro (64), sendo que a pluralidade de conversores (32) inclui pelo menos um primeiro conversor (32a) e pelo menos um segundo conversor (32b), o primeiro conversor ou cada primeiro conversor (32a) é conectado ao polo neutro (64) e o polo positivo ou o respectivo polo positivo (60), o primeiro conversor ou cada primeiro conversor (32a) é operável para controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro (64) e o polo positivo correspondente (60), o segundo conversor ou cada segundo conversor (32b) é conectado ao polo neutro (64) e o polo negativo ou ao respectivo polo negativo (62), o segundo conversor ou cada segundo conversor (32b) é operável para controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro (64) e o polo negativo correspondente (62), em que o esquema de conversão (30) inclui um controlador (36) programado para realizar um modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos (60) e quando o polo neutro (64) está em um potencial diferente de zero, o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão para operar cada conversor (32a,32b) para controlar a tensão de conversor correspondente, de modo que uma tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente (60) seja igual ou inferior a uma classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60).

Description

“ESQUEMA DE CONVERSÃO E MÉTODO PARA OPERAR UM ESQUEMA DE CONVERSÃO" CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um esquema de conversão que compreende uma pluralidade de conversores, em particular, um esquema de conversão que tem um condutor de alta impedância entre um polo neutro e o terra, de preferência, para uso na transmissão e distribuição de energia de corrente contínua de alta tensão.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A operação de um esquema de conversão que compreende um pluralidade de conversores é conhecida.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[003] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecido um esquema de conversão que compreende uma pluralidade de polos e uma pluralidade de conversores, sendo que a pluralidade de polos inclui pelo menos um polo positivo, pelo menos um polo negativo e um polo neutro, a pluralidade de conversores inclui pelo menos um primeiro conversor e pelo menos um segundo conversor, o primeiro conversor ou cada primeiro conversor é conectado ao polo neutro e o polo positivo ou o respectivo polo positivo, o primeiro conversor ou cada primeiro conversor é operável para controlar uma tensão de conversor no polo neutro e no polo positivo correspondente, o segundo conversor ou cada segundo conversor é conectado ao polo neutro e o polo negativo ou o respectivo polo negativo, o segundo conversor ou cada segundo conversor é operável para controlar uma tensão de conversor no polo neutro e no polo negativo correspondente, em que o esquema de conversão inclui um controlador programado para realizar um modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos e quando o polo neutro está em um potencial diferente de zero, em que o controlador é programado para realizar o modo de controle de tensão para operar cada conversor para controlar a tensão de conversor correspondente de modo que uma tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior a uma classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[004] O esquema de conversão da invenção pode incluir, porém sem limitação, uma disposição de conversor bipolar para uso em um esquema de transmissão de energia bipolar. Alternativa ou adicionalmente, o esquema de conversão da invenção pode incluir, porém sem limitação, uma disposição de conversor de múltiplos terminais que compreende múltiplos primeiros conversores conectados em paralelo e/ou múltiplos segundos conversores conectados em paralelo.

[005] A classificação de tensão de cada um dos polos positivos e negativos pode ser definida pela classificação de tensão do equipamento de transmissão de energia conectado aos mesmo ou associado aos mesmos.

[006] Em uso, cada um dentre o primeiro e segundo conversores é operado para controlar a respectiva tensão de conversor no polo neutro e no polo positivo ou negativo correspondente a fim de facilitar a transmissão de energia sob condições de operação equilibradas nas quais os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos são equilibrados e em que o polo neutro está em um potencial igual a zero. As tensões de conversor fornecidas pelo primeiro e segundo conversores são definidas tipicamente pelas exigências do usuário que incluem manutenção de níveis constantes das tensões de conversor ao longo da transmissão de energia.

[007] A inclusão do controlador no esquema de conversão da invenção aprimora a confiabilidade e disponibilidade do esquema de conversão possibilitando-se que o esquema de conversão facilite a transmissão de energia sob condições de operação desequilibradas nas quais os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos estão desequilibrados e em que o polo neutro está em um potencial diferente de zero. isso se deve ao fato de que, embora as condições de operação desequilibradas criem o risco de exceder a classificação de tensão de pelo menos um polo positivo ou negativo, o controlador pode realizar automaticamente o modo de controle de tensão durante as condições de operação desequilibradas a fim de garantir que as classificações de tensão dos polos positivos e negativos não sejam excedidas. De outro modo, a omissão do controlador do esquema de conversão exigiria um encerramento do esquema de conversão até que as condições de operação equilibradas fossem restauradas, visto que a operação do esquema de conversão sob condições de operação desequilibradas não pode ser permitido devido ao risco de exceder a classificação de tensão de pelo menos um polo positivo ou negativo ou exigiria que uma redução de energia do polo que opera no nível de energia mais alto fosse igual à energia do polo que opera no nível de energia mais baixo, desse modo, afetando de maneira adversa a capacidade geral de energia do esquema de conversão.

[008] Além disso, o desempenho do modo de controle de tensão possibilita que o esquema de conversão empregue tensões de conversor que têm o efeito de otimizar perdas de operação do esquema de conversão que surge das condições de operação desequilibradas quando comparadas à situação não otimizada na qual o esquema de conversão sob as condições de operação desequilibradas continua a empregar as tensões de conversor que também são usadas durante as condições de operação equilibradas.

[009] Uma mudança no desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos pode surgir como resultado, por exemplo, de uma mudança em um ou mais parâmetros operacionais ou uma mudança na configuração do esquema de conversão. Pode ser que as tensões de conversor usadas no modo de controle de tensão sob as condições de operação desequilibradas anteriores podem resultar em um desempenho abaixo do ideal do esquema de conversão (tal como maiores perdas, maior estresse de tensão e vida útil reduzida) sob as novas condições de operação desequilibradas. A mudança na configuração do esquema de conversão pode surgir como resultado de uma mudança no número de condutores em serviço associados ao polo neutro (o que muda a impedância do polo neutro) e/ou uma mudança no número de conversores conectados em paralelo.

[010] Nas realizações da invenção, o controlador pode ser programado para realizar o modo de controle de tensão a fim de cada conversor de modo que atualize o tensão de conversor correspondente em tempo real em resposta a uma mudança no desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos para que a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[011] A programação do controlador da maneira acima possibilita que o controlador opere cada conversor de modo a controlar dinamicamente a tensão de conversor correspondente para manter a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente a um nível que seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente até mesmo durante uma mudança nas condições de operação desequilibradas do esquema de conversão.

[012] Em realizações adicionais da invenção, o controlador pode ser programado para realizar o modo de controle de tensão a fim de operar pelo menos um dentre os conversores para reduzir a tensão de conversor correspondente e aumentar uma corrente do polo positivo ou negativo correspondente de modo que a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente. Isso garante que a capacidade do esquema de conversão para entregar a energia necessária por meio do polo positivo ou negativo correspondente não seja afetada pela redução na tensão de conversor correspondente.

[013] O modo de controle de tensão pode variar dependendo do número de primeiros conversores e do número de segundos conversores. Observa-se que o número de primeiros conversores varia de um para muitos e que o número de segundos conversores variar de um para muitos.

[014] Nas realizações da invenção, o número de primeiros conversores pode ser igual ao número de segundos conversores. Em tais realizações, o controlador pode ser programado para realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre: um nível de energia ou corrente do polo positivo e um nível de energia ou corrente do polo negativo quando há um único polo positivo e um único polo negativo; ou uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos quando há múltiplos polos positivos e múltiplos polos negativos.

[015] As condições de operação desequilibradas acima pode surgir quando é necessário operar os polos positivos e negativos em diferentes níveis de energia por um período de tempo, por exemplo, teste/preparação e/ou manutenção do esquema de conversão. As condições de operação desequilibradas acima também podem surgir quando a capacidade de energia de pelo menos um dentre o primeiro e segundo conversores é reduzida devido, por exemplo, uma baixa no sistema de resfriamento associado ou redução de capacidade do equipamento associado devido a uma baixa parcial etc.

[016] Em outras realizações da invenção, o número de primeiros conversores pode não ser igual ao número de segundos conversores. Em tais realizações, o controlador pode ser programado para realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre: uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e um nível de energia ou corrente do polo negativo quando há múltiplos polos positivos e um único polo negativo; um nível de energia ou corrente do polo positivo e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos quando há um único polo positivo e múltiplos polos negativos; ou uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos quando há múltiplos polos positivos e múltiplos polos negativos.

[017] As condições de operação desequilibradas acima podem surgir quando um ou mais polos estão fora de serviço devido a um a ruptura ou devido a manutenção. As condições de operação desequilibradas acima também podem surgir quando as exigências do esquema de conversão incluem diferentes demandas de energia entre o primeiro conversor (ou primeiros conversores) e o segundo conversor (ou segundos conversores).

[018] O controlador pode ser programado para realizar o modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores a fim de variar a tensão de conversor correspondente durante uma mudança no nível de energia ou corrente de pelo menos um dentre os polos positivos e negativos e quando há um desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos durante a mudança no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos.

[019] As condições de operação desequilibradas acima podem surgir quando o pelo menos um dentre os polos positivos e negativos são submetidos a uma mudança de nível de energia ou corrente que cria um desequilíbrio temporário entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos. A mudança no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos pode assumir a forma de um aumento no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos após o conversor correspondente ser desbloqueado ou uma diminuição no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos antes do conversor correspondente ser bloqueado.

[020] Portanto, o esquema de conversão da invenção pode realizar o modo de controle de tensão para facilitar transmissão de energia em uma ampla variedade de condições de operação desequilibradas.

[021] Em uma realização preferencial da invenção, o controlador pode ser programado para usar o potencial diferente de zero do polo neutro como um valor de referência no modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores para controlar a tensão de conversor correspondente de modo que a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[022] A programação do controlador dessa maneira fornece um meio confiável para controlar as tensões de conversor no modo de controle de tensão a fim de evitar o risco de exceder a classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[023] O controlador pode ser programado para obter ou determinar um ou mais parâmetros operacionais do polo neutro e a fim de usar o parâmetro operacional ou cada parâmetro operacional obtido ou determinado do polo neutro para determinar o potencial diferente de zero do polo neutro. Por exemplo, um determinado parâmetro operacional pode ser recebido de um dispositivo de medição que é configurado para medir diretamente o determinado parâmetro operacional do polo neutro ou um determinado parâmetro operacional do polo neutro pode ser calculado, previsto ou modelado pelo controlador com base nos parâmetros operacionais do esquema de conversão. A determinação do potencial diferente de zero do polo neutro pode ser realizado por meio de cálculo, previsão ou modelagem. O parâmetro operacional do polo neutro pode se referir à impedância do condutor (ou condutores) associado ao polo neutro, que depende do número de condutores conectados em paralelo em serviço, temperatura de condutor e corrente que flui através do condutor (ou condutores). A impedância do condutor (ou condutores) associada ao polo neutro pode ser escolhida a partir de uma tabela de consulta atualizada periodicamente ou pode ser calculada em tempo real.

[024] Uma mudança no potencial diferente de zero do polo neutro pode surgir como resultado, por exemplo, de uma mudança em um ou mais parâmetros operacionais do polo neutro. O controlador pode ser programado para atualizar o potencial diferente de zero do polo neutro em tempo real em resposta a pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do polo neutro. Isso garante que o valor de referência reflete com precisão o real potencial diferente de zero do polo neutro a fim de obter confiadamente o controle desejado das tensões de conversor no modo de controle de tensão, desse modo, possibilitando que o controlador obtenha os conversores a fim de controlar dinamicamente as tensões de conversor no modo de controle de tensão em resposta à pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do polo neutro.

[025] O controlador pode ser programado para obter ou determinar uma corrente do polo neutro e usar a corrente obtida ou determinada do polo neutro para determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[026] O esquema de conversão pode incluir adicionalmente um condutor conectado ao polo neutro, em que o condutor pode ser conectado ao potencial da terra. De modo específico, o esquema de conversão pode incluir pelo menos um condutor conectado ao polo neutro, em que o condutor ou cada condutor está na forma, por exemplo, de um retorno metálico dedicado ou uma linha de eletrodo. Além disso, o esquema de conversão pode incluir múltiplos condutores conectados ao polo neutro e conectado em paralelo, em que o esquema de conversão é operável com um ou múltiplos condutores em serviço.

[027] Quando o esquema de conversão inclui um condutor conectado ao polo neutro, o controlador pode ser programado para obter ou determinar uma resistência ou impedância do condutor e usar a resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor para determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[028] Uma mudança na resistência ou impedância do condutor pode surgir como resultado, por exemplo, de uma mudança em um ou mais parâmetros operacionais do condutor. O controlador pode ser programado para atualizar a resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor em tempo real em resposta a pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do condutor. Isso garante que o valor de referência reflete com precisão o real potencial diferente de zero do polo neutro a fim de obter confiadamente o controle desejado das tensões de conversor no modo de controle de tensão, desse modo, possibilitando que o controlador controle dinamicamente as tensões de conversor no modo de controle de tensão em resposta à pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do condutor.

[029] O esquema de conversão pode incluir adicionalmente uma disposição de medição configurada para medir uma característica elétrica do condutor a fim de obter a resistência ou impedância do condutor. O controlador pode ser programado para usar a resistência ou impedância obtida do condutor a fim de atualizar um procedimento de determinar a resistência ou impedância do condutor. Isso fornece o controlador com um mecanismo de aprendizado inteligente que garante a determinação precisa do potencial diferente de zero do polo neutro com base na resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor.

[030] O controlador pode ser programado para obter ou determinar uma resistência ou impedância máxima do condutor e usar a resistência ou impedância máxima obtida ou determinada do condutor a fim determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[031] O uso da resistência ou impedância máxima do condutor simplificar a determinação do potencial diferente de zero do polo neutro para uso no modo de controle de tensão, ao passo que o uso da resistência ou impedância real do condutor permite um desempenho mais ideal de transmissão de energia da esquema de conversão, porém exige uma determinação mais complexa do potencial diferente de zero do polo neutro para uso no modo de controle de tensão.

[032] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecido um método para operar um esquema de conversão, em que o esquema de conversão compreende uma pluralidade de polos e uma pluralidade de conversores, a pluralidade de polos inclui pelo menos um polo positivo, pelo menos um polo negativo e um polo neutro, a pluralidade de conversores inclui pelo menos um primeiro conversor e pelo menos um segundo conversor, o primeiro conversor ou cada primeiro conversor é conectado ao polo neutro e o polo positivo ou o respectivo polo positivo, o segundo conversor ou cada segundo conversor é conectado ao polo neutro e o polo negativo ou o respectivo polo negativo, em que o método inclui as etapas de: operar o primeiro conversor ou cada primeiro conversor a fim de controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro e o polo positivo correspondente; operar o segundo conversor ou cada segundo conversor para controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro e o polo negativo correspondente; e quando há um desequilíbrio entre níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos e quando o polo neutro está em um potencial diferente de zero, realizar um modo de controle de tensão a fim de operar cada para controlar a tensão de conversor correspondente de modo que uma tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior a uma classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[033] As vantagens do esquema de conversão do primeiro aspecto da invenção e suas realizações se aplicam mutatis mutandis ao método do segundo aspecto da invenção e suas realizações.

[034] O método da invenção pode incluir a etapa de realizar o modo de controle de tensão a fim de operar cada conversor de modo a atualizar a tensão de conversor correspondente em tempo real em resposta a uma mudança no desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos de modo que a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[035] O método da invenção pode incluir a etapa de realizar o modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores de modo a reduzir a tensão de conversor correspondente e, opcionalmente, aumentar uma corrente do polo positivo ou negativo correspondente, de modo que: a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente; e/ou um corrente no polo neutro (66) é igual ou inferior à classificação de corrente de um condutor do polo neutro (66).

[036] O aumento na corrente do polo positivo ou negativo correspondente deve manter um nível desejado de potência do ou de cada conversor correspondente.

[037] Nas realizações do método da invenção, o número de primeiros conversores pode ser igual ao número de segundos conversores. Em tais realizações, o método da invenção pode incluir a etapa de realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre: um nível de energia ou corrente do polo positivo e um nível de energia ou corrente do polo negativo quando há um único polo positivo e um único polo negativo; ou uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos quando há múltiplos polos positivos e múltiplos polos negativos.

[038] Em outras realizações do método da invenção, o número de primeiros conversores pode não ser igual ao número de segundos conversores. Em tais realizações, o método da invenção pode incluir a etapa de realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre: uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e um nível de energia ou corrente do polo negativo quando há múltiplos polos positivos e um único polo negativo; um nível de energia ou corrente do polo positivo e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos quando há um único polo positivo e múltiplos polos negativos; ou uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos quando há múltiplos polos positivos e múltiplos polos negativos.

[039] O método da invenção pode incluir a etapa de realizar o modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores de modo a variar a tensão de conversor correspondente durante uma mudança no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos e quando há um desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos durante a mudança no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos.

[040] O método da invenção pode incluir a etapa usar o potencial diferente de zero do polo neutro como um valor de referência no modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores para controlar a tensão de conversor correspondente de modo que a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente.

[041] O método da invenção pode incluir as etapas de: obter ou determinar um ou mais parâmetros operacionais do polo neutro; e usar o parâmetro operacional ou cada parâmetro operacional obtido ou determinado do polo neutro para determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[042] O método da invenção pode incluir a etapa de atualizar o potencial diferente de zero determinado do polo neutro em tempo real em resposta a pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do polo neutro.

[043] O método da invenção pode incluir as etapas de: obter ou determinar uma corrente do polo neutro; e usar a corrente obtida ou determinada do polo neutro a fim de determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[044] Quando o esquema de conversão inclui adicionalmente um condutor conectado ao polo neutro, sendo que o método da invenção pode incluir as etapas de: obter ou determinar uma resistência ou impedância do condutor; e usar a resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor para determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[045] O método da invenção pode incluir a etapa de atualizar a resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor em tempo real em resposta a pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do condutor.

[046] Quando o esquema de conversão inclui adicionalmente uma disposição de medição configurada para medir uma característica elétrica do condutor para obter a resistência ou impedância do condutor, sendo que o método da invenção pode incluir a etapa de usar a resistência ou impedância obtida do condutor a fim de atualizar um procedimento de determinar a resistência ou impedância do condutor.

[047] O método da invenção pode incluir as etapas de: obter ou determinar uma resistência ou impedância máxima do condutor; e usar a resistência ou impedância máxima obtida ou determinada do condutor para determinar o potencial diferente de zero do polo neutro.

[048] Observa-se que o uso dos termos “primeiro(a) e “segundo(a)" e semelhantes no relatório descritivo desta patente deve apenas fazer uma distinção entre recursos semelhantes (por exemplo, o primeiro e segundo conversores) e não deve indicar a importância relativa de um recurso em relação a outro recurso, salvo quando especificado de outro modo.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DAS FIGURAS DA INVENÇÃO

[049] As realizações preferenciais da invenção serão descritas agora, a título de exemplos não limitativos, com referência aos desenhos anexos nos quais: A Figura 1 mostra esquematicamente um esquema conversor de acordo com uma primeira realização da invenção; A Figura 2 mostra esquematicamente um conversor exemplificativo do esquema de conversão da Figura 1; A Figura 3 ilustra uma operação exemplificativa do esquema de conversão da Figura 1 sob condições de operação desequilibradas quando um modo de controle de tensão da invenção não é realizado; A Figura 4 ilustra uma operação exemplificativa do esquema de conversão da Figura 1 sob condições de operação desequilibradas quando um modo de controle de tensão da invenção é realizado; A Figura 5 ilustra um exemplo de condições de operação desequilibradas do esquema de conversão da Figura 1;

A Figura 6 ilustra uma operação exemplificativa do esquema de conversão da Figura 1 sob as condições de operação desequilibradas da Figura quando um modo de controle de tensão da invenção não é realizado; A Figura 7 ilustra uma operação exemplificativa do esquema de conversão da Figura 1 sob as condições de operação desequilibradas da Figura 5 quando um modo de controle de tensão da invenção é realizado; A Figura 8 mostra esquematicamente um esquema de conversor de acordo com uma segunda realização da invenção; A Figura 9 ilustra uma operação exemplificativa do esquema de conversão da Figura 8 sob condições de operação desequilibradas quando um modo de controle de tensão da invenção não é realizado; e A Figura 10 ilustra uma operação exemplificativa do esquema de conversão da Figura 8 sob condições de operação desequilibradas quando um modo de controle de tensão da invenção é realizado.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[050] Um esquema de conversão bipolar, de acordo com uma primeira realização da invenção é mostrado na Figura 1 e é indicado de modo geral pela referência numérica 30. De preferência, o esquema de conversão bipolar é classificado para uso em transmissão de corrente contínua de alta tensão.

[051] O esquema de conversão bipolar 30 compreende a pluralidade de polos, uma pluralidade de primeiro e segundo conversores 32, uma pluralidade de terceiros conversores 34 e um controlador 36. A título de esclarecimento, cada primeiro conversor também é indicado com 32a e cada segundo conversor também é indicado como 32b nas Figuras.

[052] A título de simplicidade, o controlador 36 do esquema de conversão bipolar da Figura 1 é descrito de maneira exemplificativa com referência a sua implantação como uma unidade de controle única 38. A configuração do controlador 36 pode variar dependendo das exigências específicas do esquema de conversão bipolar 30. Por exemplo, o controlador 36 pode incluir uma unidade de controle global para controlar uma pluralidade de conversores 32,34, pelo menos uma unidade de controle local para controlar o esquema de conversão bipolar 30, pelo menos uma unidade de controle local para controlar pelo menos um conversor 32,34 ou uma combinação dos mesmos A unidade de controle global pode estar localizada remotamente em relação a cada conversor 32,34 e pode ser configurada para se comunicar com cada conversor 32,34 por meio de enlaces de telecomunicações. A ou cada unidade de controle local pode estar localizada próxima de pelo menos um conversor 32,34. A unidade de controle global pode ser configurada para se comunica com pelo menos uma unidade de controle local por meio do enlaces de telecomunicações. No caso de múltiplas unidades de controle local, cada unidade de controle local pode ser configurada para se comunica com pelo menos uma outra unidade de controle local por meio dos enlaces de telecomunicações

[053] O esquema de conversão bipolar 30 inclui um primeira linha de transmissão de energia de CC 40 que se estende entre a primeira e segunda extremidades e uma segunda linha de transmissão de energia de CC 42 que se estende entre a primeira e segunda extremidades.

[054] Cada conversor 32,34 inclui um primeiro terminal de CC 44 e um segunda terminal de CC 46. Além disso, cada conversor 32,34 mostrado na Figura 1 inclui uma pluralidade de terminais de CA 48, dentre os quais cada um é conectado, em uso, a uma fase respectiva de uma respectiva rede de CA de múltiplas fases 50. Mais particularmente, cada conversor 32,34 mostrado na Figura 1 define um conversor de fonte de tensão de CA/CC 32,34 que inclui uma pluralidade de membros do conversor 52, dentre os quais cada um está disposto conforme mostrado na Figura 2. Em outras realizações, prevê-se que cada conversor de fonte de tensão 32,34 pode ser substituído por um conversor comutado por linha.

[055] Cada membro do conversor 52 se estende entre o primeiro segundo terminais de CC 44,46 e inclui uma primeira porção do membro 54 que se estende entre o primeiro terminal de CC 44 e o terminal de CA 48 e uma segunda porção do membro 56 que se estende entre o segundo terminal de CC 46 e o terminal de CA 48.

[056] Cada porção do membro 54,56 inclui uma pluralidade de elementos de comutação conectados em série 58, dentre os quais cada um está na forma de um tiristor. Prevê-se que, em outras realizações da invenção, a pluralidade de elementos de comutação conectados em série em cada porção do membro pode ser substituída por um ou mais outros tipos de comutadores de semicondutor, tais como transistores bipolares de porta isolada (IGBT).

[057] Observa-se que a topologia de cada conversor 32,34 é escolhida apenas para ajudar a operação da invenção e que cada conversor 32,34 pode ser substituído por outro conversor com uma diferente topologia. Por exemplo, cada conversor 32,34 pode ser configurado como um conversor de ligação em cadeia, tal como o Conversor Multinível Modular (MMC) ou o Conversor de Braços Alternados (AAC).

[058] A pluralidade de polos inclui um polo de CC positivo 60, um polo de CC negativo 62 e um polo neutro 64.

[059] O primeiro terminal de CC 44 do primeiro conversor 32a é conectado ao polo de CC positivo 60, o primeiro terminal de CC 44 do segundo conversor 32b é conectado ao polo de CC negativo 62 e os segundos terminais de CC 46 do primeiro e segundo conversores 32a,32b são conectados ao polo neutro 64.

[060] A primeira extremidade da primeira linha de transmissão de energia de CC 40 é conectada de maneira operacional ao polo de CC positivo

60, e a segunda extremidade da primeira linha de transmissão de energia de CC 40 é conectada de maneira operacional ao primeiro terminal de CC 44 de um dentre a pluralidade de terceiros conversores 34. A primeira extremidade da segunda linha de transmissão de energia de CC 42 é conectada de maneira operacional ao polo de CC negativo 62, e a segunda extremidade da segunda linha de transmissão de energia de CC 42 é conectada de maneira operacional ao primeiro terminal de CC 44 de outra dentre a pluralidade de terceiros conversores 34.

[061] O polo neutro 64 é conectado de maneira operacional a uma primeira extremidade de uma trajetória de retorno de corrente de alta impedância 66, ao passo que uma segunda extremidade da trajetória de retorno de corrente 66 é conectada aos segundos terminais de CC 46 da pluralidade de terceiros conversores 34. A trajetória de retorno de corrente 66 é mostrada na Figura 1 como sendo ligada à terra em sua segunda extremidade, porém em outras realizações podem ser ligada à terra em sua primeira extremidade. A trajetória de retorno de corrente 66 pode incluir um condutor único ou múltiplos condutores conectados em paralelo, em que o condutor ou cada condutor está na forma de uma linha de eletrodo ou um retorno metálico dedicado. Quando a trajetória de retorno de corrente 66 inclui múltiplos condutores conectados em paralelo, o esquema de conversão bipolar 30 é operável com um ou múltiplos condutores em serviço.

[062] O controlador 36 é programado para operar cada conversor 32,34 a fim de facilitar a transmissão de energia entre o primeiro e segundo conversores 32a,32b e os terceiros conversores 34. Mais particularmente, o controlador 36 é programado para operar cada conversor 32 de modo a controlar uma respectiva tensão de conversor por todos os terminais de CC correspondentes 44,46 de modo que o primeiro conversor 32a possa controlar uma tensão de conversor nos polos positivo de CC e neutro 60,64 e de modo que o segundo conversor 32b possa controlar uma tensão de conversor nos polos negativo de CC e neutro 62,64. Além disso, o controlador 36 é programado para operar seletivamente cada conversor 32,34 de modo a mudar entre estados bloqueados e desbloqueados a fim de controlar o fluxo da energia de CC entre os conversores 32a,34a e o fluxo de energia de CC entre os conversores 32b,34b.

[063] Em uso, cada um dentre o primeiro e segundo conversores 32a,32b é operado para controlar a respectiva tensão de conversor no polo neutro 64 e no polo de CC positivo ou negativo correspondente 60,62 a fim de facilitar a transmissão de energia sob condições de operação equilibradas em que os níveis de energia e de corrente dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 são equilibrados e em que o polo neutro 64 está em um potencial zero Vn. Ao mesmo tempo, as tensões de conversor são mantidas a níveis iguais e constantes ao durante a transmissão de energia e são definidos para garantir que as tensões polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 não excedam as classificações tensão dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 respectivamente. A título de ilustração, as classificações de tensão dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 são ajustados a 800 kV, porém será entendido que cada classificação de tensão dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 podem ter um valor diferente que não 800 kV.

[064] A Figura 3 ilustra um exemplo de condições de operação desequilibradas do esquema de conversão bipolar 30. Na Figura 3, o polo de CC positivo 60 opera a um nível de energia máximo 1.650 MW com uma tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicado nos polos positivo de CC e neutro 60,64, e o segundo polo de CC 62 opera e um nível máximo de energia de 150 MW com uma tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos negativo de CC e neutro 62,64. Uma corrente de 2,0625 kA flui através da primeira linha de transmissão de energia de CC 40, ao passo que uma corrente de 0,1974 kA flui através da segunda linha de transmissão de energia de CC 42. Como resultado do desequilíbrio dos níveis de energia e de corrente entre os polos de CC de positivo e negativo 60,62, uma corrente de 1,865 kA flui através da trajetória de retorno de corrente 66, que tem uma resistência máxima de 29,5 O, de modo que o polo neutro opere em uma potencial diferente de zero Vn de -55 kV.

[065] A presença do potencial diferente de zero Vn de -55 kV do polo neutro 64 significa que as tensões do polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 são modificados a 745 kV e -855 kV respectivamente. O aumento na tensão do polo à terra do polo de CC negativo 62 a -855 kV significa que a classificação de tensão do polo de CC negativo 62 é excedido.

[066] De modo semelhante, caso o polo de CC positivo 60 esteja operado a um nível máximo de energia de 150 MW com uma tensão de conversor de 800 kV aplicada nos polos positivo de CC e neutro 60,64, e o segundo polo de CC 62 está operando a um nível máximo de energia de 1.650 MW com uma tensão de conversor de 800 kV aplicado nos polos negativo de CC e neutro 62,64, as tensões do polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 são modificados a 855 kV e -745 kV respectivamente, o que resulta na classificação de tensão do polo de CC positivo 60 sendo excedida.

[067] Afim de evitar exceder as classificações de tensão dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 durante as condições de operação desequilibradas acima, o controlador 36 opera em um modo de controle de tensão que é descrito conforme a seguir com referência à Figura 4.

[068] Com base no desequilíbrio dos níveis de energia e de corrente entre os polos de CC de positivo e negativo 60,62, a corrente que flui na trajetória de retorno de corrente 66 pode ser calculada, prevista ou modelada. Com base na configuração da trajetória de retorno de corrente 66 (isto é, se um ou múltiplos condutores estão em serviço), a resistência da trajetória de retorno de corrente 66 pode ser medida, calculada, prevista ou modelada. O potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 pode ser, então, calculado a partir da corrente determinada que flui na trajetória de retorno de corrente 66 e a partir da resistência determinada da trajetória de retorno de corrente 66.

[069] Em seguida, o desequilíbrio entre os níveis de energia e de corrente dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 é avaliado comparando- se a diferença de energia AP entre os níveis de energia dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 ou comparando-se a diferença de corrente Al entre os valores absolutos das correntes que fluem nos polos de CC de positivo e negativo 60,62, que são as correntes que fluem através da primeira e segunda linhas de transmissão de energia de CC 40,42 respectivamente.

[070] Caso a diferença de energia AP ou a diferença de corrente Al seja igual ou superior a um limiar predefinido, então, o primeiro conversor 32a é operado para controlar a tensão de conversor nos polos positivo de CC e neutro 60,64 de modo que seja a tensão de conversor definida por operador (por exemplo, 800 kV) ao mesmo tempo que o segundo conversor 32b é operado para controlar a tensão de conversor nos polos negativo de CC e neutro 62,64 de modo que seja inferior à: (i) tensão de conversor definida por operador e (ii) à diferença entre um limite de tensão do polo à terra Vdc limit e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64. Nesse caso, o limite de tensão do polo à terra Vdc limit é definido pela classificação de tensão do polo de CC negativo

62.

[071] Caso a diferença de energia AP ou a diferença de corrente AI seja inferior ao limiar predefinido, então, o primeiro conversor 32a é operado para controlar a tensão de conversor nos polos positivo de CC e neutro 60,64 de modo que inferior à: (i) tensão de conversor definida por operador (por exemplo, 800 kV) e (ii) à diferença entre a limite de tensão do polo à terra Vdc limite o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 ao mesmo tempo que o segundo conversor 32b é operado para controlar a tensão de conversor nos polos negativo de CC e neutro 62,64 de modo que seja a tensão de conversor definida por operador. Nesse caso, o limite de tensão do polo à terra Vdc limit é definido pela classificação de tensão do polo de CC positivo 60.

[072] Será entendido que a direção de corrente na trajetória de retorno de corrente 66 pode ser usada para identificar qual conversor 32a,32b deve ser operado para controlar a tensão de conversor correspondente de modo que inferior à: (i) tensão de conversor definida por operador e (ii) à diferença entre um limite de tensão do polo à terra Vdc limit e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64. Mais particularmente, o segundo conversor 32b é controlado dessa maneiram caso a corrente esteja fluindo em direção à primeira extremidade da trajetória de retorno de corrente 66, e o primeiro conversor 32a é controlado dessa maneira caso a corrente esteja fluindo em direção à segunda extremidade da trajetória de retorno de corrente 66.

[073] A Figura 4 ilustra o desempenho do modo de controle de tensão durante as condições de operação desequilibradas acima do esquema de conversão bipolar 30. Na Figura 4, o polo de CC positivo 60 está operando a um nível máximo de energia de1.650 MW com a tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos positivo de CC e neutro 60,684, e o segundo polo de CC 62 opera em um nível máximo de energia de 150 MW com o tensão de conversor definida por controlado de -745 kV aplicada nos polos negativo de CC e neutro 62,64. Atensão de conversor definida por controlado no presente documento é a diferença entre a classificação de tensão do polo de CC negativo 62 de -800 kV, e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 de 55 kV. Uma corrente de 2,0625 kA flui através da primeira linha de transmissão de energia de CC 40, ao passo que uma corrente de 0,2013KkA flui através da segunda linha de transmissão de energia de CC 42. As tensões do polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 são 745 kV e -799,9 kV respectivamente.

[074] Portanto, o desempenho do modo de controle de tensão durante condições de operação desequilibradas do esquema de conversão bipolar 30 evita o risco de exceder as tensões do polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 e, consequentemente, aprimora a confiabilidade e disponibilidade do esquema de conversão bipolar 30 possibilitando-se o que o esquema de conversão bipolar 30 facilite a transmissão de energia sob as condições de operação desequilibradas.

[075] Além disso, o desempenho do modo de controle de tensão possibilita que o esquema de conversão bipolar 30 empregue as tensões de conversor que têm o efeito de reduzir perdas de operação do esquema de conversão bipolar 30 que surge das condições de operação desequilibradas quando comparadas à situação em que o esquema de conversão bipolar 30 sob as condições de operação desequilibradas continua a empregar as tensões de conversor que também foram usadas durante as condições de operação equilibradas.

[076] De modo opcional, o controlador 36 pode ser programado para atualizar periodicamente a resistência da trajetória de retorno de corrente 66 para considerar as mudanças nos parâmetros operacionais da trajetória de retorno de corrente 66, tal como a temperatura da trajetória de retorno de corrente 66 e a corrente que flui através da trajetória de retorno de corrente 66. Isso pode ser feito dividindo-se a diferença em tensões em ambas as extremidades da trajetória de retorno de corrente 66 pela corrente que flui através da trajetória de retorno de corrente 66. Isso possibilita que o modo de controle de tensão seja implantado com base em um potencial diferente de zero valor de referência que reflete com precisão o real potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64.

[077] Além disso, opcionalmente, o controlador 36 pode ser programado para uso a resistência obtida da trajetória de retorno de corrente 66 para atualizar uma equação de cálculo de resistência ou tabela de consulta de modo que o controlador 36 seja equipado com um mecanismo de aprendizado inteligente que garante uma determinação mais precisa do potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64.

[078] De modo ainda mais opcional, o controlador 36 no modo de controle de tensão pode ser programado para usar a resistência máxima da trajetória de retorno de corrente 66 com relação à temperatura ambiente e para uma determinada configuração de condutor da trajetória de retorno de corrente 66, que pode ser modelada com o uso de software como uma tabela de consulta ou equação pré-calculada. Isso tem o benefício de simplificar a determinação do potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 para uso como um valor de referência no modo de controle de tensão.

[079] A Figura 5 ilustra outro exemplo de condições de operação desequilibradas do esquema de conversão bipolar 30. Na Figura 5, o polo de CC positivo 60 opera em um nível máximo de energia de 1.650 MW com uma tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos positivo de CC e neutro 60,64, e o segundo conversor 32b e, portanto, o polo de CC negativo 62 são bloqueados inicialmente. Após o segundo conversor 32b e, portanto, o polo de CC negativo 62 serem bloqueados, o nível de energia do polo de CC negativo 62 é elevado instantaneamente a 150 MW antes de se elevar até 1.650 MW em uma taxa de elevação de 60 MW por minuto para alcançar o nível de energia desejado do dipolo de 3.300 MW e restaurar o esquema de conversão bipolar 30 às condições de operação equilibradas. No entanto, antes do esquema de conversão bipolar 30 ser restaurado às condições de operação equilibradas, o desequilíbrio entre os níveis de energia dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 durante a elevação do nível de energia do polo de CC negativo 62 de 150 MW a 1.650 MW resulta na tensão do polo à terra do polo de

CC negativo 62 que excede a classificação de tensão do polo de CC negativo 62 de 800 kV, conforme mostrado na Figura 6.

[080] Afim de evitar exceder as classificações de tensão dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 durante as condições de operação desequilibradas acima, o controlador 36 opera em um modo de controle de tensão que é descrito conforme a seguir com referência à Figura 7.

[081] Novamente, com base no desequilíbrio dos níveis de energia e de corrente entre os polos de CC de positivo e negativo 60,62, a corrente que flui na trajetória de retorno de corrente 66 pode ser calculada, prevista ou modelada. Com base na configuração da trajetória de retorno de corrente 66 (isto é, se um ou múltiplos condutores estão em serviço), a resistência da trajetória de retorno de corrente 66 pode ser medida, calculada, prevista ou modelada. O potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 pode ser, então, calculado a partir da corrente determinada que flui na trajetória de retorno de corrente 66 e a partir da resistência determinada da trajetória de retorno de corrente 66.

[082] O primeiro conversor 32a é operado para controlar a tensão de conversor nos polos positivo de CC e neutro 60,64 de modo que seja tensão de conversor definida por operador (por exemplo, 800 kV). Ao mesmo tempo, o segundo conversor 32b é operado para controlar a tensão de conversor nos polos negativo de CC e neutro 62,64 de modo que inferior à: (i) tensão de conversor definida por operador e (ii) à diferença entre um limite de tensão do polo à terra Vdc limit e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64. Nesse caso, o limite de tensão do polo à terra Vdc limit é definido pela classificação de tensão do polo de CC negativo 62.

[083] A Figura 7 ilustra o desempenho do modo de controle de tensão durante as condições de operação desequilibradas acima do esquema de conversão bipolar 30. Na Figura 7, a magnitude do polo para neutro do polo de CC negativo 62, (isto é, a tensão de conversor nos polos de CC negativo e neutro 62,64) é controlado para variar de 745 kV a 800 kV durante a elevação do nível de energia do polo de CC negativo 62 de 150 MW a 1.650 MW, ao mesmo tempo que a magnitude da tensão do polo à terra do polo de CC negativo 62 permanece a um nível de constante de 800 kV. Em outras palavras, o controlador 36 no modo de controle de tensão opera o segundo conversor 32b para variar dinamicamente sua tensão de conversor durante a elevação do nível de energia do polo de CC negativo 62 a fim de manter a tensão do polo à terra do polo de CC negativo 62 igual ou inferior à classificação de tensão do polo de CC negativo 62. Isso possibilitar não apenas a otimização do desempenho de transmissão de energia do esquema de conversão bipolar 30 durante a elevação do nível de energia do polo de CC negativo 62 como também possibilita a restauração gradual do esquema de conversão bipolar 30 às condições de operação equilibradas.

[084] O modo de controle de tensão descrito se aplica mutatis mutandis às condições de operação desequilibradas nas quais o polo de CC negativo 62 opera em um nível máximo de energia de 1.650 MW com uma tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos negativo de CC e neutro 62,64, e o primeiro conversor 32a e, portanto, o polo de CC positivo 60 são bloqueados inicialmente e, em seguida, desbloqueados antes da elevação do nível de energia do polo de CC positivo 60 a 1.650 MW.

[085] Prevê-se que, em outras realizações da invenção, o primeiro conversor 32a pode ser substituído por uma pluralidade de primeiros conversores conectados em paralelo ao passo que o polo de CC positivo 60 pode ser substituído por uma pluralidade de polos de CC positivos, em que cada um dos primeiros conversores é conectado a um polo respectivo dentre a pluralidade de polos de CC positivos e/ou o segundo conversor 32b pode ser substituído por uma pluralidade de segundos conversores conectados em paralelo ao passo que o polo de CC negativo 62 pode ser substituído por uma pluralidade de polos de CC negativos, em que cada um dos segundos conversores é conectado a um polo respectivo dentre a pluralidade de polos de CC negativos. De modo opcional, cada terceiro conversor 34 pode ser substituído por uma pluralidade de terceiros conversores conectados em paralelo. Em tais realizações, o controlador pode ser programado para realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e a soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos.

[086] Um esquema de conversão bipolar, de acordo com uma segunda realização da invenção é mostrado na Figura 8 e é indicado de modo geral pela referência numérica 130. O esquema de conversão bipolar 130 da Figura 8 tem estrutura e configuração semelhantes ao esquema de conversão bipolar 30 da Figura 1, e recursos semelhantes compartilham as mesmas referências numéricas.

[087] O esquema de conversão bipolar 130 da Figura 8 é diferente do esquema de conversão bipolar da Figura 1 pelo fato de que o esquema de conversão bipolar 130 da Figura 8 inclui uma pluralidade de primeiros conversores conectados em paralelo 32a e uma pluralidade de polos de CC positivos 60a,60b. Cada um dos primeiros conversores conectados em paralelo 32a é conectado a um polo respectivo dentre os polos de CC positivos 60a,60b. Cada primeiro conversor 32 é conectado a uma respectiva rede de CA de múltiplas fases 50.

[088] A Figura 9 ilustra um exemplo de condições de operação desequilibradas do esquema de conversão bipolar 130. Na Figura 9, cada dos polos de CC positivos 60a,60b opera em um nível de energia de 1.500 MW com uma tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos positivo de CC e neutro 60a,60b,64, e o segundo polo de CC 62 opera em um nível de energia de 1.500 MW com uma tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos negativo de CC e neutro 62,64. Uma corrente de 3,75kA flui através da primeira linha de transmissão de energia de CC 40, ao passo que uma corrente de 1,875KkA flui através da segunda linha de transmissão de energia de CC 42. Como resultado do desequilíbrio dos níveis de energia e de corrente entre os polos de CC de positivo e negativo 60a,60b,62, uma corrente de 1,875KkA flui através da trajetória de retorno de corrente 66, que tem uma resistência máxima de 29,5 O, de modo que o polo neutro opere em uma potencial diferente de zero Vn de -55kV.

[089] A presença do potencial diferente de zero Vn de -55kV do polo neutro 64 significa que as tensões do polo à terra dos polos de CC positivos são modificadas para 747,5 kV ao passo que a tensão do polo à terra do polo de CC negativo 62 é modificada para -855 kV. O aumento na tensão do polo à terra do polo de CC negativo 62 a -855 kV significa que a classificação de tensão do polo de CC negativo 62 é excedido.

[090] A fim de evitar exceder a classificação de tensão dos polos de CC de positivo e negativo 60a,60b,62 durante as condições de operação desequilibradas acima, o controlador 36 opera em um modo de controle de tensão que é descrito conforme a seguir com referência à Figura 10.

[091] Com base no desequilíbrio dos níveis de energia e de corrente entre os polos de CC de positivo e negativo 60a,60b,62 a corrente que flui na trajetória de retorno de corrente 66 pode ser calculada, prevista ou modelada. Com base na configuração da trajetória de retorno de corrente 66 (isto é, se um ou múltiplos condutores estão em serviço), a resistência da trajetória de retorno de corrente 66 pode ser medida, calculada, prevista ou modelada. O potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 pode ser, então, calculado a partir da corrente determinada que flui na trajetória de retorno de corrente 66 e a partir da resistência determinada da trajetória de retorno de corrente 66.

[092] Em seguida, o desequilíbrio entre os níveis de energia e de corrente dos polos de CC de positivo e negativo 60a,60b,62 é avaliado ou comparando-se a diferença de energia AP entre a soma dos níveis de energia dos polos de CC positivos 60a,60b e o nível de energia do polo de CC negativo 62 ou comparando-se a diferença de corrente Al entre os valores absolutos da correntes que fluem nos polos de CC de positivo e negativo 60a,60b,62, que são as correntes que fluem através da primeira e segunda linhas de transmissão de energia de CC 40,42 respectivamente.

[093] Caso a diferença de energia AP ou a diferença de corrente Al seja igual ou superior a um limiar predefinido, então, cada primeiro conversor 32a é operado para controlar a tensão de conversor nos polos positivo de CC e neutro correspondentes 60a,60b,64 de modo que seja a tensão de conversor definida por operador (por exemplo, 800 kV) ao mesmo tempo que o segundo conversor 32b é operado para controlar a tensão de conversor nos polos negativo de CC e neutro 62,64 de modo que seja inferior à: (i) tensão de conversor definida por operador e (ii) à diferença entre um limite de tensão do polo à terra Vdc limit e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64. Nesse caso, o limite de tensão do polo à terra Vdc limit é definido pela classificação de tensão do polo de CC negativo 62.

[094] Caso a diferença de energia AP ou a diferença de corrente Al seja inferior a um limiar predefinido, então, cada primeiro conversor 32a é operado para controlar a tensão de conversor nos polos positivo de CC e neutro correspondentes 60,60b,64 de modo que seja inferior à: (i) tensão de conversor definida por operador (por exemplo, 800kV) e (ii) à diferença entre a limite de tensão do polo à terra Vdc limit e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 ao mesmo tempo que o segundo conversor 32b é operado para controlar a tensão de conversor nos polos negativo de CC e neutro 62,64 de modo que seja a tensão de conversor definida por operador. Nesse caso, o limite de tensão do polo à terra Vdc limit é definido pela classificação de tensão do polo de CC positivo 60a, 60b.

[095] A Figura 10 ilustra o desempenho do modo de controle de tensão durante as condições de operação desequilibradas acima do esquema de conversão bipolar 130. Na Figura 10, cada polo de CC positivo 60a,60b opera em um nível de energia de 1.500 MW com a tensão de conversor definida por operador de 800 kV aplicada nos polos positivo de CC e neutro correspondentes 60a,60b,64, e o segundo polo de CC 62 opera em um nível de energia de 150 MW com a tensão de conversor definida por controlado de -747,5 kV aplicado nos polos negativo de CC e neutro 62,64. Sob tais condições de operação desequilibradas, o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 é -52,5 kV. A tensão de conversor definida por controlado no presente documento é a diferença entre a classificação de tensão do polo de CC negativo 62 de 800 kV, e o potencial diferente de zero Vn do polo neutro 64 de -52,5kV. Uma corrente de 3,75kA flui através da primeira linha de transmissão de energia de CC 40, ao passo que uma corrente de 1,974kA flui através da segunda linha de transmissão de energia de CC 42. As tensões do polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60,62 são 747,5kV e -800 kV respectivamente.

[096] Portanto, o desempenho do modo de controle de tensão durante condições de operação desequilibradas do esquema de conversão bipolar "30 evita o risco de exceder as tensões do polo à terra dos polos de CC de positivo e negativo 60a,60b,62.

[097] O modo de controle de tensão descrito se aplica mutatis mutandis a outras variações do esquema de conversão bipolar 130. Em tal variação, a esquema de conversão bipolar inclui um único primeiro conversor conectado a um único polo de CC positivo e inclui múltiplos segundos conversores conectados respectivamente a múltiplos polos de CC negativos. Em outra variação, o esquema de conversão bipolar inclui múltiplos primeiros conversores respectivamente conectados a múltiplos polos de CC positivos e inclui múltiplos segundos conversores respectivamente conectados a múltiplos polos de CC negativos, em que o número de primeiros conversores não é igual ao número de segundos conversores.

[098] Observa-se que cada um dos valores numéricos usados para descrever as realizações acima são escolhidos apenas para ajudar a ilustrar o trabalho da invenção e pode ser substituído por outro valor numérico. Será observado, também, que as topologias dos esquemas de conversão são escolhidas apenas para ajudar a ilustrar o trabalho da invenção e pode ser substituído por outras topologias adequadas.

Claims (3)

REIVINDICAÇÕES

1. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130) caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de polos e uma pluralidade de conversores (32), sendo que a pluralidade de polos inclui pelo menos um polo positivo (60,60a,60b), pelo menos um polo negativo (62) e um polo neutro (64), sendo que a pluralidade de conversores (32) inclui pelo menos um primeiro conversor (32a) e pelo menos um segundo conversor (32b), o primeiro conversor ou cada primeiro conversor (32a) é conectado ao polo neutro (64) e o polo positivo ou o respectivo polo positivo (60,60a,60b), o primeiro conversor ou cada primeiro conversor (32a) é operável para controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro (64) e o polo positivo correspondente (60,60a,60b), o segundo conversor ou cada segundo conversor (32b) é conectado ao polo neutro (64) e o polo negativo ou ao respectivo polo negativo (62), o segundo conversor ou cada segundo conversor (32b) é operável para controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro (64) e o polo negativo correspondente (62), em que o esquema de conversão (30,130) inclui um controlador (36) programado para realizar um modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos (60,60a,60b,62) e quando o polo neutro (64) está em um potencial diferente de zero (Vn), o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão para operar cada conversor (32a,32b) para controlar a tensão de conversor correspondente de modo que uma tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62) é igual ou inferior a uma classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62).

2. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão para operar cada conversor (32a,32b) a fim de atualizar a tensão de conversor correspondente em tempo real em resposta a mudança no desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos (60,60a,60b,62) de modo que a tensão do polo à terra dos polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62) seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62).

3. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores (32a,32b,34) a fim de reduzir a tensão de conversor correspondente e opcionalmente aumentar uma tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62) de modo que: a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62) seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62); e/ou uma corrente no polo neutro (66) seja igual ou inferior à classificação de corrente de um condutor do polo neutro (66).

4. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o número de primeiros conversores (32a) é igual ao número de segundos conversores (32b), e em que o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre: um nível de energia ou corrente do polo positivo (60) e um nível de energia ou corrente do polo negativo (62); ou uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos (60) e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos (62)

5. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30.130), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o número de primeiros conversores (32a) não é igual ao número de segundos conversores (32b), e em que o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão quando há um desequilíbrio entre: uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos (60a,60b) e um nível de energia ou corrente do polo negativo (62); um nível de energia ou corrente do polo positivo e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos; ou uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e uma soma de níveis de energia ou de corrente dos polos negativos.

6. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (36) é programado para realizar o modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores (32a,32b) a fim de variar a tensão de conversor correspondente durante uma mudança no nível de energia ou corrente de pelo menos um dentre os polos positivos e negativos (60,62) e quando há um desequilíbrio entre os níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos (60,62) durante a mudança no nível de energia ou corrente do pelo menos um dentre os polos positivos e negativos (60,62).

7. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (36) é programado para usar o potencial diferente de zero (Vn) do polo neutro (64) como um valor de referência no modo de controle de tensão para operar pelo menos um dentre os conversores (32a,32b,34) a fim de controlar a tensão de conversor correspondente de modo que a tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62) seja igual ou inferior à classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62).

8. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (36) é programado para obter ou determinar um ou mais parâmetros operacionais do polo neutro

(64) e usar o parâmetro operacional ou cada parâmetro operacional obtido ou determinado do polo neutro (64) para determinar o potencial diferente de zero (Vn) do polo neutro (64).

9. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o controlador é programado para atualizar o potencial diferente de zero determinado (Vrn) do polo neutro (64) em tempo real em resposta a pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do polo neutro (64).

10. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o controlador é programado para obter ou determinar uma corrente do polo neutro (64) e usar a corrente obtida ou determinada do polo neutro (64) a fim de determinar o potencial diferente de zero (Vn) do polo neutro (64).

11. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que inclui um condutor conectado ao polo neutro (64), em que o controlador é programado para obter ou determinar uma resistência ou impedância do condutor e usar a resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor para determinar o potencial diferente de zero (Vn) do polo neutro (64).

12. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador é programado para atualizar a resistência ou impedância obtida ou determinada do condutor em tempo real em resposta a pelo menos uma mudança no parâmetro operacional do condutor.

13. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente uma disposição de medição configurada para medir uma característica elétrica do condutor a fim de obter a resistência ou impedância do condutor, em que o controlador é programado para usar a resistência ou impedância obtida do condutor para atualizar um procedimento para determinar a resistência ou impedância do condutor.

14. ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o controlador é programado para obter ou determinar uma resistência ou impedância máxima do condutor e usar resistência ou impedância máxima obtida ou determinada do condutor a fim de determinar o potencial diferente de zero (Vn) do polo neutro (64).

15. MÉTODO PARA OPERAR UM ESQUEMA DE CONVERSÃO (30,130), sendo que o esquema de conversão compreende uma pluralidade de polos e uma pluralidade de conversores (32), em que a pluralidade de polos (60,62,64) inclui pelo menos um polo positivo (60), pelo menos um polo negativo (62) e um polo neutro (64), a pluralidade de conversores (32) inclui pelo menos um primeiro conversor (32a) e pelo menos um segundo conversor (32b), o primeiro conversor ou cada primeiro conversor (32a) conectado ao polo neutro (64) e ao ou o respectivo polo positivo (60), o segundo conversor ou cada segundo conversor (32b) conectado ao polo neutro (64) e o polo negativo ou o respectivo polo negativo (62), sendo que o método é caracterizado pelo fato de inclui as etapas de: operar o primeiro conversor ou cada primeiro conversor (32a) a fim de controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro (64) e o polo positivo correspondente (60,60a,60b); operar o segundo conversor ou cada segundo conversor (32b) para controlar uma tensão de conversor por todo o polo neutro (64) e o polo negativo correspondente (62); e quando há um desequilíbrio entre níveis de energia ou de corrente dos polos positivos e negativos (60,60a,60b,62) e quando o polo neutro (64) está em um potencial diferente de zero (Vn), realizar um modo de controle de tensão a fim de operar cada conversor (62a,62b) para controlar a tensão de conversor correspondente, de modo que uma tensão do polo à terra do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62) seja igual ou inferior a uma classificação de tensão do polo positivo ou negativo correspondente (60,60a,60b,62).

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