Control and protection study of multiterminal HVDC transmission systems based on modular multilevel converters.

O crescente interesse por sistemas de transmissão do tipo VSC-based HVDC (VSCHVDC) como alternativa aos atuais tem levado à necessidade de estudos sobre o principal desafio associado à sua implantação, que é o desenvolvimento de um esquema de proteção que seja rápido e que identifique a zona de proteção na qual uma eventual falta tenha ocorrido, respeitando-se assim o princípio de seletividade. Para estudo de um sistema de proteção que atenda a estes requisitos, foi utilizada neste trabalho uma rede com quatro terminais e transmissão High-Voltage Direct Current (HVDC), implementada com conversores modulares multiníveis (Modular Multilevel Converter (MMC)) e simulada em situações de contingência. Grandezas medidas nos elos de Corrente Contínua (CC) ligados a um dos terminais foram utilizadas para identificar a ocorrência de uma contingência na rede e então para decidir se trata-se de uma falta interna à zona de proteção considerada na análise. Para classificar as faltas em interna ou externa, observaram-se os espectros dos sinais de tensão CC em um terminal, calculados sobre uma janela do sinal através de Fast Fourier Transform (FFT), para várias situações de falta. Destes espectros, notou-se que uma característica varia de acordo com a distância da falta até o terminal, com o fato de a falta ser interna ou externa e com a resistência de falta. Através desta característica, denominada aqui \"frequência de centro de massa\", foi possível distinguir as faltas internas com resistências de falta baixas do restante dos eventos testados. Considerando-se apenas este parâmetro, não foi possível classificar corretamente faltas internas com resistência de falta muito alta.The growing interest in VSC-based HVDC (VSC-HVDC) transmission systems as an alternative to the current ones has required studies about the the main challenge associated with its application, which is the development of a protection scheme that is able to both fast and efficiently determine the protection zone where a fault may have happened so as to achieve selectivity. In order to study a protection system that complies with those requirements, a High-Voltage Direct Current (HVDC) transmission system with four terminals implemented with Modular Multilevel Converter (MMC) converters was simulated under contingency condition. Electrical quantities measured in one of the terminal\'s Direct Current (DC) links were used to determine the occurrence of a fault event in the system, as well as to decide whether that event belonged to the protection zone considered in the analysis. Spectra obtained via Fast Fourier Transform (FFT) over a window of the DC voltage measured in one of the terminals were observed in order to discriminate between internal and external fault events. From these observations, it was noticed that a certain characteristic, named here \"center of mass frequency\", varies according to the distance between the fault location and the terminal, fault resistance, as well as whether that the fault is either internal or external to the analysed protection zone. By using this characteristic, it was possible to tell internal faults with low resistance fault from other events. Considering this parameter only, it was not possible to correctly classify internal faults with high fault resistance