Laboratório de Eletrônica de Potência e Média Tensão

1. Laboratório de Eletrônica de Potência e Média Tensão Prof. Mauricio Aredes, Dr.-Ing.

2. Apresentação Fundado em 2006, o Laboratório de Eletrônica de Potência e Média Tensão – LEMT originou-se a partir do grupo de Eletrônica de Potência – ELEPOT da COPPE/UFRJ. Sua criação foi motivada pela ampliação das instalações, com o intuito de disponibilizar um centro de pesquisa amplo e seguro para o desenvolvimento de metodologias e protótipos. Atualmente, o LEMT busca constantemente o aprimoramento de novas tecnologias com aplicações em sistemas de geração, transmissão e distribuição, visando à qualidade e uso eficiente da energia elétrica. O LEMT vem ao longo dos últimos anos realizando diversas parcerias com empresas do setor elétrico para a realização de projetos de P&D. São algumas dessas parcerias: Ampla, Adelco, Bandeirante Energia, Elektro, Enel, Energisa, Furnas Centrais Elétricas, Light, Novatrans, Adelco, ITB.

3. Equipe • A equipe do LEMT é formada por profissionais altamente qualificados como mestres e doutores, juntamente com alunos de iniciação científica, mestrandos e doutorandos, somando cerca de 50 pessoas.

4. Projetos - Finalizados • Desenvolvimento de um Compensador Série para Compensação de Quedas de Tensão Temporárias • Protótipo de um DVR para sistemas de distribuição, capaz de evitar que afundamentos momentâneos de tensão provenientes da rede atinjam uma carga crítica, diminuindo assim os desligamentos indesejáveis. Faltas / Partidas Motores VTCD Cargas Não Protegidas Carga Sensível Ex: Gráficas Harmônicos de Tensão Desbalanços de Tensão RDT Carga Protegida

5. Projetos - Finalizados • Metodologia para Segurança de Operação dos Filtros Harmônicos nas SE’s de Fronteiras do Sistema Furnas • Desenvolvimento de uma metodologia para análise de problemas relacionados com a propagação e sobrecargas harmônicas. • Modelo digital do sistema da rede CA interligada a SE de Ibiúna, elo de corrente continua (HVDC) com nível de detalhamento adequado para estudos de 1º/3º/5º harmônicos. Campinas Bateias 500 kV Guarulhos Interlagos T.Preto 345 kV Filtros Passivos 3º/5º Filtros Passivos (HP) CS Banco de Capacitores Bipolo 1 Bipolo 2

6. Projetos - Finalizados Rede de Transmissão AC/DC Rede de 500 kV Sistema HVDC Rede de 345 kV Compensadores Síncronos Rede de 750 kV 2200 Nós Elétricos

7. Projetos - Finalizados Parte do Sistema de Transmissão de 750 kV

8. Projetos - Finalizados Parte do Sistema de Transmissão de 500 kV

9. Projetos - Finalizados Parte do Sistema de Transmissão de 350 kV

10. Inom + Iover Inom Iover Passivo < Inom Ativo -RF5 Filtro Híbrido Série Projetos - Finalizados • Propagação harmônica nas vizinhanças de estações conversoras HVDC e estudos de viabilidade de aplicação de filtros ativos • Desenvolvimento de duas topologias de filtros híbridos (série e paralela) capazes de solucionar o problema de sobrecarga harmônica nos filtros passivos da SE de Ibiúna Campinas Bateias 500 kV Guarulhos Interlagos T.Preto 345 kV Filtros Passivos 3º/5º Filtros Passivos (HP) CS VF5 = K.IF5 Banco de Capacitores Bipolo 1 Bipolo 2

11. <Iover Inom Iover Passivo Ativo Filtro Híbrido Paralelo Inom + Iover Projetos - Finalizados • Propagação harmônica nas vizinhanças de estações conversoras HVDC e estudos de viabilidade de aplicação de filtros ativos • Desenvolvimento de duas topologias de filtros híbridos (série e paralela) capazes de solucionar o problema de sobrecarga harmônica nos filtros passivos da SE de Ibiúna Campinas Bateias 500 kV Guarulhos Interlagos T.Preto 345 kV Filtros Passivos 3º/5º Filtros Passivos (HP) CS Banco de Capacitores Bipolo 1 Bipolo 2

12. Projetos - Finalizados • Novo Conversor Estático para Alimentar o Sistema Auxiliar de SEs sem Transformadores de Potência • Concepção de duas topologias de conversores de potência para alimentar o sistema auxiliar de uma SE sem utilização de transformadores de potência. a c b Sistema Auxiliar Inversor Retificador Conversor paralelo Conversor série

13. Projetos - Finalizados • Desenvolvimento de modelos digitais para o estudo dos impactos na MT e BT devido a equip. eletro-eletrônicos e cargas não-lineares. • Surgimento expressivo de cargas não-lineares - Reprodução inviável dos circuitos originais • Modelagem de cargas lineares e não-lineares através de fontes de correntes harmônicas (ZIP) • Modelo baseado na norma IEEE 519 e IEC 6000

14. ... Projetos - Finalizados Circuito modelado - Fontes de correntes harmônicas Circuito real - Alto grau de complexidade

15. Projetos - Finalizados • Conversores estáticos monofásicos para trifásicos aplicados em acionamento e eletrificação rural • 12 milhões de habitantes sem energia – 10 milhões no campo • Cargas baixa demanda distantes uma das outras • Longas redes radiais – Problemas de afundamento de tensão • Predominantemente monofásicas – 50% do valor de uma rede trifásica

16. Projetos - Finalizados Conversor Monofásico – Trifásico (4Fios) • Protótipo cabeça-de-série • 220V / 15kVA

17. STATCOM vT iDC corrente capacitiva corrente indutiva iC C vDC v vAC v vT vAC iC (qC < 0) v vAC Drenando energia do capacitor iC (qC > 0) vT v d iC (pC > 0) vT d vT vAC vAC Fornecendo energia para o capacitor v iC (pC < 0) Projetos - Finalizados • Desenvolvimento de Protótipo de um Compensador Estático para Aplicação em Redes de Distribuição • Protótipo de um D-STATCOM (220V / 20 kvar) para sistemas de distribuição promovendo uma regulação contínua da tensão do barramento controlado, ou ainda a compensação do fator de potência da carga compensada.

18. P(t) Circuito III Siemens (FURNAS) ABB (Eletronorte) Ctrl 3 Ctrl 1 Σ Σ Ctrl Global Ctrl Global Ctrl 2 Ctrl 2 GE (Novatrans) GE (Novatrans) Projetos - Andamento • Modelo Digital dos TCSCs da Interligação Norte/Sul com Análise do Comportamento Harmônico • Modelo digital detalhado da interligação Norte-Sul contendo os controles dos TCSCs e uma analise do comportamento harmônico dos TCSCs. • Investigação da Operação dos TCSCs de Serra da Mesa e Imperatriz com a Interligação Norte-Sul III • Permitir um estudo mais aprofundado dos modos de operação dos TCSCs frente a mudanças na topologia da rede. Imperatriz Colinas Miracema Gurupi Serra da Mesa

19. Arco secundário Retificador Inversor r • E-STATCOM • Eliminação do arco secundário • Religamento monopolar r r E-STATCOM STATCOM Convencional Projetos - Andamento • Análise de um Compensador Estático para Obtenção de Religamento Monopolar e Aumento de Estabilidade em LTs Longas • Concepção de um equipamento para a redução de problemas típicos das LTs longas em regime (STATCOM Convencional) e extinção do arco secundário para obtenção do religamento monopolar nas situações de faltas (E-STATCOM). • STATCOM Avançado com Funcionalidades Adicionais para Permitir a Extinção do Arco Secundário e o Religamento Monopolar em Linhas de Transmissão Longas • Desenvolvimento do protótipo do E-STATCOM com capacidade de extinguir os arcos secundários nas LTs longas para obtenção do religamento monopolar. • STATCOM Convencional • Tensão • Fator de Potência • Potência • Estabilidade • Efeito Ferranti Religamento Monopolar

20. Harmônicos e Interharmônicos Oscilações Eletromecânicas CTRL 120 Hz 10-1 100 101 102 103 60 Hz Modo Norte/Sul 0,35Hz Projetos - Andamento • Implementação de novas estratégias de controle do SVC de BJL • Amortecimento do modo de oscilação eletromecânico Norte/Sul na faixa de 0,25 a 0,40 Hz e atenuação de propagações harmônicas nas interligações Norte/Sul e Sudeste/Nordeste. • Entrada adicional de controle SVC S. Mesa R. Éguas B.J. da Lapa II Ibicoara Sapeaçu

21. Projetos - Andamento • Desenvolvimento de um Regulador de Tensão com Comutador Eletrônico de Tap (RECET) • Concepção de uma topologia eletromagnética que permite a comutação direta entre quaisquer taps, evitando a comutação seqüencial; • Otimização do desempenho do regulador na correção de Variações de Tensão de Curta Duração (VTCDs), por meio da comutação direta; • Desenvolvimento em parceria com a ITB do protótipo do RECET, baseado em unidades monofásicas, operando em baixa tensão (220V)

22. 1 Vi = Vo +1s Gk 1s 2 12 2s 3 Lógica de Controle 4 5s 5 is vs 6 12s 7 8 9 Vo 10 11 12 Projetos - Andamento • Protótipo Demonstrativo • BT (220 V)

23. VL VS IL IS VC IS IL VL VS IC UPQC Projetos - Andamento • Desenvolvimento de Um Condicionador Universal de Potência (UPQC - Universal Power Quality Conditioner) • Desenvolvimento de um protótipo de bancada de um condicionador universal de potência para qualidade de energia • Funcionalidades: • Harmônicos de tensão e corrente • Desbalanços de tensão e corrente • Fator de Potência

24. Projetos - Andamento • Experimentos de Campo com um Protótipo Industrial do UPQC • Desenvolvimento de um protótipo cabeça-de-série em parceria com o fabricante nacional ADELCO de um condicionador universal de potência Paralelo Serie Paralelo

25. Projetos - Andamento • Protótipo cabeça-de-série • 220V / 90kVA Série Paralelo

26. Projetos - Andamento • Reformulação de Diretrizes para Modernização de PCHs em Operação visando sua Repotenciação • Prover metodologias para otimizar o aproveitamento energético dos recursos hídricos, especialmente voltadas para repotenciação e recapacitação de PCHs em Operação.

27. Projetos - Andamento • Investigação de cinco grandes temas visando a modernização e repotenciação de PCH’s em operação: • Hidráulica e Turbinas (Novas concepções para o aumento da eficiência hidráulica, buscando o MPPT); • Conversão Eletromecânica (Avaliar o uso de máquinas assíncronas com o uso de eletrônica de potência); • Tomada D’água (limpeza de sedimentos e sujeiras); • Barragem (assoreamentos e erosões, comportas e vertedouros); • Conexão com o Sistema (Avaliar o perfil de tensão, carregamento da rede local, equipamentos de conexão com a rede e técnicas não convencionais).

28. Operação Projetos - Andamento • Sistema SCADA para monitoramento em tempo real da propagação harmônica em Estações Conversoras HVDC • Desenvolvimento e implementação de um sistema SCADA voltado para a medição e análise em tempo real da propagação de correntes harmônicas em Estações Conversoras de Sistemas de HVDC e suas interligações com o SIN Campinas Bateias 500 kV Guarulhos Interlagos T.Preto 345 kV Filtros Passivos 3º/5º Filtros Passivos (HP) CS Banco de Capacitores Bipolo 1 Bipolo 2

29. Projetos - Andamento Equip. 2 Equip. n Equip. 1 In I1 I2 In Ik Equip. k Ik I2 I1

30. Projetos - Andamento • Compensador Dinâmico de Reativos Aplicado à Geração Eólica • Desenvolvimento e implementação de um protótipo de um compensador dinâmico de reativos baseado em conversores estáticos de potência no parque eólico da PETROBRAS em Macau/RN Parque eólico de Macau/RN

31. Ireator Controle dinâmico do fluxo de reativos ~ Q VPCC ~ STATCOM Projetos - Andamento 480V Rede da COSERN 13.8kV Parque eólico Núcleo de Reator Saturado

32. Projetos - Andamento • Desenvolvimento de Conversores Estáticos Monofásicos para Trifásicos Aplicados em Acionamento e Eletrificação Rural • Este projeto consiste no desenvolvimento e implementação de um conversor estático de baixo custo que receba alimentação monofásica e que possa suprir cargas trifásicas. Sua aplicação é o suprimento de motores de potência fracionária e uso em larga escala, pois este motor é muito mais eficiente que os motores monofásicos.