Avaliação da eficácia de medidas de supressão de sobretensões transitórias em diferentes topologias de parques eólicos utilizando disjuntor SF6

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13655 (2023) Citar este artigo

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Vários esquemas de mitigação de sobretensão foram utilizados na literatura na supressão de sobretensões de manobra em parques eólicos. No entanto, a avaliação de como a eficácia destas técnicas de mitigação variaria com a mudança da topologia do parque eólico ainda é um território inexplorado. O objetivo principal deste artigo é estudar a eficácia de quatro esquemas de mitigação ao usar o disjuntor SF6, a saber; O indutor inteligente R – L, o circuito amortecedor R – C, o capacitor de surto e o resistor de pré-inserção (PIR) foram estudados em quatro topologias diferentes de parques eólicos; radial, anel unilateral, anel bilateral e topologias em estrela. As topologias foram baseadas em um parque eólico real localizado em Zaafrana, no Egito. Os resultados mostraram que o choke R – L é o esquema mais eficaz para todas as topologias, seguido pelos esquemas PIR, amortecedor R – C e capacitor de surto, respectivamente. Sua porcentagem de redução de sobretensão variou de 62 a 84% para o indutor R – L, 33–67% para PIR, 8–25% para circuitos amortecedores R – C e 4–15% para capacitores de surto. Além disso, foi demonstrado que a mudança da topologia do parque eólico não afetou a ordem de eficácia dos esquemas de mitigação, de modo que R – L permaneceu o mais eficaz e o capacitor de surto o menos eficaz para todas as topologias.

O problema dual decorrente da vasta escala do mercado de energia devido à crescente procura de energia eléctrica, além da diminuição da oferta de combustível fóssil de reserva, levou a uma dependência acelerada de fontes de energia renováveis. Uma das principais fontes que tem sido utilizada globalmente é a energia eólica, levando a uma investigação excessiva sobre o desempenho e a proteção dos parques eólicos. No entanto, a estrutura dos parques eólicos difere das centrais eléctricas convencionais ao empregar um grande número de transformadores de potência, cabos subterrâneos que se estendem por longas distâncias e algoritmos de controlo que exigem operações de comutação frequentes1. Geralmente, os parques eólicos são constituídos por diversos elementos elétricos e mecânicos, como torres eólicas, turbinas, cabos subterrâneos, transformadores e dispositivos de proteção. As ligações entre estes elementos podem ser construídas em várias topologias com quatro topologias principais amplamente conhecidas, nomeadamente; As topologias são topologia radial, topologia de anel de um lado (SSR), topologia de anel de dois lados (DSR) e topologia em estrela2.

A comutação frequente induz uma sobretensão transitória cujo efeito destrutivo é amplificado pela presença de transformadores de potência e dos cabos de MT que formam um circuito RLC ressonante3. Este efeito destrutivo levou a falhas de isolamento em parques eólicos4. As consequentes perdas devido a essas falhas levaram os pesquisadores a investigar o impacto das sobretensões transitórias em parques eólicos5,6,7. Os destaques da literatura sobre o estudo do impacto das sobretensões em parques eólicos e as medidas de supressão empregadas para mitigar as sobretensões estão resumidos na Tabela 1. O foco principal da pesquisa foi em artigos recentes dos últimos cinco anos. Por esse motivo, a tabela examina a maioria dos artigos dos anos de 2019 a 2023, com um total de 18 publicações nos últimos cinco anos e 3 publicações em anos anteriores.

A tabela mostra os diversos temas estudados na literatura no que diz respeito à análise transitória em parques eólicos. No entanto, o impacto da seleção da técnica de supressão mais adequada em relação à topologia do parque eólico não foi investigado anteriormente. Este tema é de grande importância, pois o grau de severidade das sobretensões de manobra (SOV) depende principalmente da topologia do parque eólico3,19,20. Portanto, o principal problema que este artigo pretende abordar é investigar a medida de supressão mais adequada para cada topologia de parque eólico. Assim, as contribuições deste artigo serão:

Estudar e investigar o impacto de diferentes topologias de parques eólicos (radial, DSR, SSR e estrela) sobre o SOV transitório. Tal comparação raramente foi abordada na literatura, com poucas publicações como a referência 3 cobrindo apenas este ponto.