SVC - Static Var Compensators ou Compensador Estáticos de Reativos

1. FACTS (Flexible AC Transmission Systems)
Professor Jim S. Naturesa
Estabilidade de Tensão.
Conforme a carga do sistema aumenta durante o dia, as magnitudes das tensões das barras do
sistema decaem lentamente.
Esse decaimento é usualmente controlado pelos operadores do sistema através de mecanismos tais
como o chaveamento de capacitores ou o aumento da geração de reativos.
Colapso de Tensão.
No entanto, o aumento contínuo da carga pode eventualmente levar o sistema a um estado de
instabilidade caracterizado por um rápido declínio das magnitudes das tensões das barras.
Esse fenômeno é referido na literatura como colapso de tensão, e a causa essencial de sua ocorrência
reside na incapacidade do sistema de atender à demanda de potência reativa.
O colapso de tensão é um fenômeno essencialmente local, mas sua ocorrência pode acarretar em
blecaute parcial ou total do sistema.
O problema da estabilidade de tensão pode também ser visualizado através da curva PV de uma barra
de carga do sistema, conforme mostrado na figura a seguir.
Essa curva mostra a variação da tensão da barra de carga à medida que a demanda (P) aumenta.
Como se pode notar, a intersecção da curva PV (característica do sistema) com a característica da
carga (potência constante) resulta em dois pontos de equilíbrio A e B.
FACTS
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2. Uma das alternativas encontrada pelo setor elétrico para o problema do aumento da demanda e da
falta de investimentos na construção de novas linhas de transmissão é a utilização de dispositivos
FACTS (Flexible Alternate Current Transmisson Systems) conectados nas linhas ou nas barras do
sistema.
Esses dispositivos permitem aumentar a capacidade de transmissão das linhas dos sistemas de energia
elétrica, podendo em alguns casos até mesmo dobrar essa capacidade.
Outras possibilidades que esses dispositivos propiciam são:
 Um maior controle e direcionamento dos fluxos de potência;
 Níveis de transmissão de potência próximos ao limite térmico;
 Redução da margem de reserva girante;
 Prevenção de quedas em cascata nos sistemas e
 Amortecimento das oscilações eletromecânicas de baixa freqüência.
 Os dispositivos FACTS são resultantes dos avanços ocorridos na eletrônica de alta
potência.
São baseados em componentes da família dos tiristores (semicondutores de alta potência), podendo
controlar grandezas elétricas como impedância, tensão, corrente e ângulos de fase, tarefa esta
impossível de ser realizada por dispositivos mecânicos.
Os dispositivos que têm sido mais aplicados em sistemas de energia elétrica são:
 Compensador estático de reativos (SVC – Static Var Compensator);
 Compensador estático (STATCON – Static Condenser);
 Compensador série controlado (CSC – Controlled Series Compensator);
 Controlador de fluxo de potência (LFC – Load Flow Controller) e
 Controlador de fluxo de potência unificado (UPFC – Unified Power Flow Controller).
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3. Compensador Estático de Reativos - SVC
A função básica de um SVC é o controle de tensão.
Isso é realizado através do ajuste cont nuo da potência reativa que ele troca com o sistema.
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A tensão da barra na qual o SVC está conectado é comparada com uma tensão de referência, sendo o
erro processado e amplificado por um controlador integral proporcional.
A saída desse controlador produz uma corrente que é utilizada como referência para um gerador de
reativos.
Dependendo dessa corrente de referência, o gerador de reativos injeta ou absorve potência reativa na
barra, fazendo com que a tensão da mesma aproxime-se da tensão de referência.
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4. Na figura abaixo é mostrada a característica tensão versus corrente de um compensador estático ideal.
Como se pode notar, um SVC ideal apresenta uma capacidade ilimitada de geração ou absorção de
reativos, pois o capacitor e o indutor podem variar infinitamente.
Um SVC real é composto por um reator variável (controlável) eum capacitor fixo.
A figura a seguir mostra a característica tensão versus corrente desse dispositivo, bem como a
composição das características de cada componente (capacitor e indutor).
Note que existe uma faixa de corrente em que a tensão é regulada.
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6. Com o equivalente Thevenin pode-se traçar a característica tensão versus corrente do sistema, a qual é
afetada por variações da tensão Eth e da reatância equivalente Xth.
A figura a seguir apresenta a característica tensão versus corrente do sistema e sua característica para
pequenas variações na tensão Eth e na reatância Xth.
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7. Efeito do chaveamento.
Reator Controlado por Tiristores (TRC).
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8. SVC típico.
Sistema Gerador-Linha-Carga.
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9. Resultados.
Sistema New England (39 barras).
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10. Capacitor série controlado - TSCS (Thyristor-Controlled Series Capacitor).
Utilizando o capacitor série controlado pode-se aumentar a capacidade de transmissão de potência
ativa sem a necessidade de alteração das linhas de transmissão.
A potência ativa de um sistema de geração e transmissão de energia elétrica é dada por:
P = [ V1 V2 sen (δ1 - δ2) ] / x
Onde:
V1 é a tensão da barra de geração (Volts),
V2 é a tensão da barra de carga (Volts),
δ1 é o ângulo da barra de geração (graus),
δ2 é o ângulo da barra de carga (graus) e
x é a impedância total da linha de transmissão (Ohms).
O capacitor altera a impedância desta linha, pois seu efeito se contrapõe ao do indutor.
A impedância total da linha é definida como:
x = xl - xc
Onde:
xl é a impedância indutiva da linha (Ohms),
xc é a impedância capacitiva do dis positivo - TSCS (Ohms).
A figura anterior apresenta a curva potência versus ângu de carga definida na equação anterior.
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11. Com a alteração da impedância da linha (x) pode-se aumentar o valor da potência ativa máxima.
A potência ativa aumenta de P1 para P2.
A figura a seguir apresenta o dispositivo em detalhes.
Os tiristores atuam no dispositivo produzindo o efeito de um capacitor variável.
A capacidade de transmissão de energia estará limitada apenas pela característica térmica da linha de
transmissão, ou seja, pela sua potência dissipada (Ri2).
Referências.
Hingorani, N & Gyugyi, L. Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC
Transmission Systems. John Wiley & Sons. 2000.
Naturesa, J. A influência de Compensadores Estáticos de Reativos na Estabilidade de Tensão de
Sistema de Energia Elétrica. Dissertação de mestrado, Faculdade de Engenharia Elétrica e de
Computação da Unicamp. 2001.
Reis, L. B. Geração de Energia Elétrica. Manole. 2003.
Song, Y. and Jonhs A. Flexible AC transmission system (FACTS). The Institution of Electrical
Engineers. 1999.
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