Desenvolvimento e aplicação de soluções para evitar o apagamento de pontes de tiristores em compensadores síncronos operando próximo de corrente nula

Abstract

Com o aumento das exigências de qualidade e estabilidade da tensão nos sistemas elétricos de potência, compensadores síncronos têm sido amplamente utilizados para o controle de potência reativa em subestações. Em aplicações de elevado consumo de reativo, empregam-se reguladores de tensão a quatro quadrantes, baseados em pontes de tiristores em antiparalelo, que permitem a aplicação de tensões positivas e negativas ao campo da máquina síncrona. Nessas condições, a corrente de campo pode tornarse zero, ocasionando o apagamento inesperado das pontes de tiristores e a perda temporária da capacidade de controle do sistema de excitação. Este trabalho propõe o desenvolvimento de um limitador de corrente de campo implementado via software, capaz de atuar nos dois sentidos da corrente, evitando a operação da máquina na região de apagamento das pontes durante o controle de potência reativa. A solução proposta foi desenvolvida a partir do estudo do sistema de excitação e de máquinas síncronas, com implementação e validação em ambiente computacional, preservando a capacidade de comutação de pontes positivas e negativas em situações transitórias críticas, como afundamentos ou elevação de tensão no barramento. Os resultados obtidos por meio de simulações demonstram que o limitador mantém a operação em uma região segura, impede a ocorrência do apagamento indevido das pontes aumentando a robustez do sistema de regulação de tensão. Como limitação, identificase a dependência de uma estimação precisa da corrente de campo, a qual requer dados da máquina obtidos por ensaios.

With the increasing demands for voltage quality and stability in electrical power systems, synchronous compensators have been widely used for reactive power control in substations. In high reactive power consumption applications, four-quadrant voltage regulators based on antiparallel thyristor bridges are employed, allowing the application of positive and negative voltages to the synchronous machine field. Under these conditions, the field current can become zero, causing unexpected thyristor bridge outages and temporary loss of excitation system control capability. This work proposes the development of a software-implemented field current limiter capable of acting in both current directions, preventing machine operation in the bridge outage region during reactive power control. The proposed solution was developed from the study of the excitation system and synchronous machines, with implementation and validation in a computational environment, preserving the switching capacity of positive and negative bridges in critical transient situations, such as voltage sags or surges on the bus. The results obtained through simulations demonstrate that the limiter maintains operation in a safe region, prevents the occurrence of undue bridge erasure, increasing the robustness of the voltage regulation system. As a limitation, the dependence on a precise estimation of the field current is identified, which requires machine data obtained through tests