Evaluating variable-speed operation for improved hydropower plant operation

A transição acelerada em direção às fontes renováveis de energia exige soluções inovadoras para garantir estabilidade e confiabilidade ao sistema elétrico. Este trabalho investiga a conversão parcial ou total de usinas Hidrelétricas existentes para operação em VSO como meio de melhorar a operação. Entre as tecnologias disponíveis, o MMC se destaca por seu caráter modular e escalável e por sua adequação a elevados níveis de tensão e potência, possibilitando o retrofit para VSO sem a necessidade de substituição das máquinas síncronas existentes. Propõe-se uma metodologia geral que combina diagramas de colina universais, leis de similaridade e um algoritmos de redespacho sob VSO. Simulações baseadas em dados históricos de Operação comparam os modos FSO e VSO para diversos cenários de Conversão parcial e total. Os resultados mostram uma redução no número de partidas e paradas, variando de cerca de 19% com apenas três unidades convertidas para VSO até 32% para a conversão integral da usina. Ao mesmo tempo, a VSO combinada ao despacho otimizado aumenta sistematicamente a energia anual gerada: o ganho é da ordem de 2,5% em relação ao caso histórico em FS. O redespacho otimizado também indica que a maior parte desses benefícios de flexibilidade e ganho de energia pode ser capturada com conversão parcial, delineando um caminho de modernização mais econômico do que a conversão de todas as unidades. Em outra análise, o mesmo arcabouço é estendido para a mitigação de cavitação, empregando um critério σ–Ns e estratégias de ajuste em vazão e velocidade baseadas em VSO. Para uma faixa modesta de tolerância de potência, que pode ser compensada por outras unidades, cerca de 75% das horas de operação inicialmente cavitantes são transferidas para uma região segura. Em suma, o estudo mostra que a conversão de usinas hidrelétricas existentes para VSO é tecnicamente viável e altamente vantajosa, oferecendo uma estratégia integrada para reduzir ciclos de partidas e paradas, aumentar a produção de energia e a energia firme e mitigar cavitação, apoiando assim a integração confiável de altas Participações de geração renovável variável.