A emergente tecnologia HVDC é usada cada vez mais para transmissão de energia em longas distâncias, aumentando a flexibilidade do sistema em interconexões assíncronas, travessia de longos cabos submarinos, diferentes perfis de carga e geração, melhorando as relações no âmbito do mercado de energia. Apesar das vantagens da transmissão CC, a não linearidade dos conversores introduz efeitos indesejáveis à operação dos transformadores HVDC, principalmente listados na norma técnica IEC / IEEE 60076-57-129. No entanto, discussões adicionais e informações complementares podem ser encontradas em uma pluralidade de referências, que são trazidas na pesquisa sob uma perspectiva compreensiva. Os transformadores HVDC são projetados com base em parâmetros do sistema, e as dimensões da parte ativa são ajustadas até que requisitos especificados e constantes em normas técnicas, além de restrições construtivas, sejam satisfeitos. Esta pesquisa propõe uma metodologia para cálculo de perdas e projeto dimensional da parte ativa, desenvolvendo uma formulação analítica, realizando exercícios de otimização com objetivos opostos entre si, na busca da solução que apresente melhor compromisso entre perdas e massas. Entender tal compromisso é relevante pois proporciona uma visão mais abrangente do projeto do equipamento, permitindo que o leitor desenvolva sensibilidade sobre como grandezas geométricas, que são cuidadosamente controladas durante a fabricação de transformadores, afetam seu rendimento e desempenho em operação. Muito além da solução escolhida, a fronteira não-dominada obtida para cada projeto de transformador, permite ao projetista conhecer o equipamento e seu funcionamento, levando a uma melhoria contínua da metodologia proposta. Como resultado, a formulação analítica comparada a uma metodologia alternativa, puramente numérica, para cálculo das perdas harmônicas do enrolamento e verificação da impedância de curto-circuito, proporciona confiança ao método aplicado.

The emergent HVDC technology has been increasingly used for long distance power transmission, enlarging the system flexibility for asynchronous interconnections, long submarine cable crossing, different load, and generation profiles, and improving the energy market relations. Despite DC transmission advantages to the power systems, the converters non-linearity introduces undesirable effects to the HVDC transformer operation mainly listed in the technical standard IEC/IEEE 60076-57-129. However, additional discussions and complementary information can be found in a plurality of references, which are brought in the research under a comprehensive overview perspective. The HVDC converter transformers are designed based on system parameters, and the active part dimensions are adjusted until specified requirements and those contained in the technical standards, moreover construction restrictions, are satisfied. This research proposes a methodology for losses calculation and active part dimensioning design, developing an analytical formulation, performing optimization exercises with opposing objectives, searching for the best compromise between losses and weight. Understanding this compromise is relevant to provide a more comprehensive view of the equipment design, allowing the reader to develop a sense of how geometric quantities, which are carefully controlled during the transformers manufacturing process, affect the equipment efficiency and its performance in operation. Far beyond the chosen solution, the nondominated frontier obtained for each transformer design, allows the designer to learn about the equipment and its operation, leading to a continuous improvement of the proposed methodology. As a result, the analytical formulation compared to an alternative, purely numerical, methodology for winding harmonic losses calculation and short-circuit impedance verification, provides meaningful confidence for the applied method.