Reliability-oriented redundancy design for modular multilevel cascaded converter-based STATCOMS
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Data
2019
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Editor
Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais / Universidade Federal de São
João del-Rei
Resumo
Os sistemas de distribuição e transmissão de média/alta tensão possuem uma enorme variedade de cargas não lineares. Além disso, a grande penetração de fontes de energia renováveis no sistema elétrico tem motivado estudos relacionados ao compensador síncrono estático (STATCOM, do inglês static synchronous compensator). Nesse contexto, o conversor multinível é uma tecnologia interessante para esta aplicação. Uma atenção especial é dada aos conversores modulares multiníveis em cascata (MMCCs, do inglês modular multilevel cascaded converters) devido à alta escalabilidade, modularidade, redundância e eficiência, que são características inerentes à topologia. Para ser capaz de atuar em altos níveis de tensão, é necessário associar um grande número de células/dispositivos semicondutores, que pode afetar a confiabilidade do conversor. Células redundantes podem ser empregadas para atender aos requisitos de confiabilidade do conversor. No entanto, o projeto do fator de redundância ainda é um campo a ser explorado. Este trabalho propõe um modelo de confiabilidade para a seleção correta do número de células redundantes, visando atingir uma meta de vida útil determinada. Este modelo combina as análises de falhas aleatórias e falhas por desgaste. O fator de redundância é calculado para determinados requisitos de confiabilidade, ou seja, este trabalho propõe um projeto de redundância orientada a confiabilidade. O estudo de caso é baseado em um MMCC STATCOM de 13,8 kV/17 MVA. A implementação do conversor é baseada em quatro tensões de bloqueio comerciais de dispositivos semicondutores (1,7, 3,3, 4,5 e 6,5 kV). Os custos de capital (CAPEX, do inglês capital expenditure) e os custos operacionais (OPEX. do inglês operational expenditure) são estimados considerando o fator de redundância necessário. Considerando como objetivo 20 anos de operação para o conversor e níveis de confiabilidade maiores que 90%, o projeto baseado em dispositivos de 1,7 kV apresenta o menor custo para a realização do MMCC STATCOM.
Descrição
Palavras-chave
Conversores, Sistema de energia elétrica - Controle, Confiabilidade (Engenharia) - Processamento de dados, Redundância (Engenharia) - Processamento de dados, Falhas de energia elétrica