Operação de um parque eólico offshore com as unidades de geração conectadas em série com um sistema de transmissão VSC-HVDC

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Almeida, Andrei de Oliveira
• Orientador(a): Barbosa, Pedro Gomes
• Banca de defesa: Almeida, Pedro Machado de , Mendes, Victor Flores, Cupertino, Allan Fagner, Rolim, Luís Guilherme Barbosa
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
• Departamento: Faculdade de Engenharia
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Conversão de energia eólica; Parques eólicos offshore conectados em série; Transmissão VSC-HVDC; Conversor multinível modular; Conversor NPC; Transformador de estado sólido CC; Wind energy conversion; Series-connected offshore wind farms; VSC-HVDC transmission; Modular multilevel converter; NPC converter; DC solid state transformer
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: https://doi.org/10.34019/ufjf/te/2023/00069; https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15297

Nas configurações de transmissão mais comuns para parques eólicos offshore, as unidades de geração são conectadas em paralelo, transmitindo energia até uma subestação em alto mar, onde a tensão é elevada e então transmitida até a costa por cabos submarinos, sendo possível utilizar corrente alternada ou contínua. Uma configuração de transmissão promissora, porém ainda não implementada comercialmente ou experimentalmente, utiliza as unidades de geração conectadas em série através dos terminais de saída de seus retificadores. Dessa forma, é possível elevar a tensão sem necessidade de uma subestação elevadora offshore, o que provavelmente reduz os custos e aumenta a eficiência do sistema. Neste trabalho as unidades de geração são formadas por uma turbina eólica, um gerador síncrono de ímãs permanentes, um retificador trifásico e um transformador de estado sólido CC, que contém um inversor em ponte completa, um transformador com núcleo de ar e um retificador a diodos. O transformador é fundamental para garantir isolação galvânica entre os componentes da unidade de geração e o link de transmissão CC. Na outra extremidade do sistema, utiliza-se um conversor multinível modular, que processa toda a energia fornecida pelo parque eólico, para que possa ser injetada na rede elétrica. A primeira contribuição deste trabalho é o projeto de um transformador de estado sólido CC, com dimensões adequadas à instalação em um aerogerador, com auxílio do programa FEMM. Outra contribuição é uma solução relacionada à estratégia de modulação do conversor multinível modular, usada para mitigar problemas relacionados ao desequilíbrio das tensões nos polos positivo e negativo no link CC, causado pela posição do aterramento. Por fim, é investigada a operação de um sistema com dois ou mais arranjos de unidades em série, conectados em paralelo. Nesta configuração, são observados problemas de sobrecorrente nos arranjos e sobretensão nas unidades de geração. A fim de mitigar esses problemas, é proposta uma estratégia de controle baseada na ideia de admitância virtual. Simulações no programa PSCAD/EMTDC são usadas a fim de verificar o funcionamento do parque eólico conectado em série, assim como das estratégias de controle propostas.