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Dissertação de Mestrado
DOI
10.11606/D.3.2014.tde-23122014-143032
Documento
Autor
Nome completo
Marco Antonio Barbosa Horita
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2014
Orientador
Banca examinadora
Jardini, José Antonio (Presidente)
Pereira, Carlos Eduardo de Morais
Vasquez Arnez, Ricardo León
Título em português
Reatores controlados por saturação para compensação de reativos.
Palavras-chave em português
Compensação reativa
MCSR
Reator saturável
Resumo em português
Este trabalho tem como objetivo apresentar conceitos e prover ferramentas para estudos e análises de um equipamento ainda não explorado pelo sistema elétrico brasileiro para compensação reativa de linhas de transmissão, o Reator Controlado por Saturação. Inicialmente é apresentada a teoria necessária para o entendimento do equipamento, as aplicações e sua potencial utilidade para o Brasil. Através da concepção de um circuito equivalente e da análise de modelos adaptados para o MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) de softwares de transitórios eletromagnéticos aspectos sobre seu comportamento dinâmico e tempo de resposta são esclarecidos. Uma comparação entre o circuito equivalente com um modelo generalista de transformador ajustado às características do MCSR é realizada. A comparação serve para conferir credibilidade às suposições usadas para a elaboração do circuito equivalente e interpretações do funcionamento e dinâmica extraídas da análise deste circuito. Com uma melhor e mais clara percepção da dinâmica e efeitos do Reator Controlado por Saturação sobre a rede, realiza-se uma análise de distorção harmônica, sendo assim possível esclarecer alguns aspectos negativos do equipamento. Para o estudo da aplicabilidade e utilidade do MCSR no sistema elétrico brasileiro um modelo para transitórios eletromecânicos é proposto. Os parâmetros que determinam a dinâmica e resposta do equipamento são explorados através de suposições razoáveis e das características do equipamento. O modelo é primeiramente testado e analisado em um sistema simples composto por uma geração representada como fonte ideal, um circuito equivalente PI de uma linha de transmissão, uma carga e o MCSR realizando a compensação reativa. O trabalho segue para a escolha de uma rede brasileira em que o MCSR seria uma opção viável. Uma rede no norte do Brasil é escolhida para a análise e, após estudos de fluxo de potência, propõe-se a troca de um CER (Compensador Estático de Reativos) e quatro reatores shunt fixos por quatro Reatores Controlados por Saturação. A rede é então modelada no PSCAD e realizam-se estudos de distorção harmônica e estabilidade eletromecânica. Por fim realiza-se uma comparação econômica entre três alternativas de compensação reativa para o sistema escolhido incluindo a opção adotada e a opção sugerida com MCSRs. O trabalho conclui que reatores controlados por saturação são, em muitos casos, uma alternativa mais barata ao CER e, portanto deve ser estudado no planejamento e expansão do sistema elétrico.
Título em inglês
Magnetic controlled shunt reactors for reactive compensation.
Palavras-chave em inglês
Magnetic Controlled Shunt Reactor
MCSR
Reactive compensation
Resumo em inglês
This work aims to present concepts and provide tools for research and analysis of an equipment not yet explored by the Brazilian power system for reactive compensation of AC transmission lines, the Magnetic Controlled Shunt Reactor (MCSR). Initially, the theory used for the understanding of the equipment, its applications and usefulness for the Brazilian network, is presented. By the analysis of an equivalent circuit and a model implemented in software for electromagnetic transient simulation adapted to the MCSR (Magnetic Controlled Shunt Reactors) some aspects of its dynamic behaviour and response time are clarified. A comparison between the equivalent circuit and an electromagnetic transformer model adapted to the characteristics of the MCSR (implemented in the PSCAD software) is performed. The comparison serves to grant credibility to the assumptions used for the preparation of the equivalent circuit and interpretations of the function and dynamics drawn from the analysis of this circuit. With a better and clearer understanding of the dynamics and effects of the MCSR on the network a simplified analysis of harmonic distortion is performed allowing to clarify some negative aspects of the equipment. To study the applicability and usefulness of the equipment in the Brazilian electrical system a model for electromechanical transients is proposed. The parameters that determine the dynamics and response of equipment are explored using reasonable assumptions and the characteristics of the equipment. The model is first tested and analyzed in a simplified system consisting of a generation represented as ideal source, an equivalent PI circuit representing a transmission line, a load and the MCSR performing the reactive compensation. The work follows to the choice of a Brazilian network on which the MCSR would be a viable option. A network in northern Brazil is chosen for analysis. Further studies of power flow reveals the possibility to exchange the SVS (Static Var System ) and four shunt reactors for four MCSRs. The network is then modelled in PSCAD and studies of harmonic distortion and electromechanical stability are conducted. Finally we make an economic comparison between three alternatives of reactive compensation for the chosen system including the originally adopted and the suggested solutions. The study concludes that magnetic controlled reactor are, in many cases, a cheaper alternative to the SVS and therefore should be studied in the planning and expansion of the power system.
 
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Data de Publicação
2015-01-13
 
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