sistemas de transmision electrica
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SISTEMAS DE POTENCIA II
La operación coordinada de estas empresas está La operación coordinada de estas empresas está
destinada a cumplir objetivos de seguridad y economía destinada a cumplir objetivos de seguridad y economía
mediante la realización de las siguientes funciones:mediante la realización de las siguientes funciones:
Operación de la red troncal de transmisión a escala Operación de la red troncal de transmisión a escala
nacional ( 765, 400 y 230 kV)nacional ( 765, 400 y 230 kV)
Coordinación de la operación de las unidades de Coordinación de la operación de las unidades de
generación y asignación de la reserva.generación y asignación de la reserva.
Control de los niveles de voltajeControl de los niveles de voltaje
Coordinación de los trabajos de mantenimiento en la Coordinación de los trabajos de mantenimiento en la
red troncalred troncal
Programación, control y facturación de los Programación, control y facturación de los
intercambios de potencia y energía entre las empresas.intercambios de potencia y energía entre las empresas.
Realizar acciones correctivas en situaciones de Realizar acciones correctivas en situaciones de
emergenciaemergencia
Isla deMargarita
ZONA EN
RECLAMACION
MAR CARIBEMAR CARIBE
COLOMBIA
LEYENDA
765 KV 2.083 Kms
400 KV 3.258 Kms
230 KV 5.108 Kms
115 KV 10.500 Kms
Macagua
Upata
Tucupita
Temblador
MaturínJusepín
Casanay
GüiriaIrapaCarúpano
Yaritagua
San Carlos
Peña Larga
SantoDomingo
Villa de Cura
El Sombrero
Calabozo
San Fernando
Tibú
Caicara Cabruta
Los Pijiguaos
Pto. Ayacucho
Puerto Cumarebo
Pto. Fijo
Los Taques
Pta. Piedra
Acarigua
GuanareBarinas
Valera
San Lorenzo
Arreaga
UrdanetaMachiques
Concepción
La Villa
La GritaPta.Tachira
San Cristobal
La Fría
Mariposa
Tinaquillo
San Juan de los
Morros
San Felipe
Tovar
Gorrín
Camatagua
Mérida
El Callao
CabimasCumaná
GuantaCariaco
Malena
Guri
Yaracuy
Valle de la Pascua
La RaizaValencia
Cdad. Guayana
Barcelona
CaracasLa Guaira
Mácaro
Aragua
Pta. Palma
El Vigía
San Mateo
CoroCuestecitas
Peonías
Barquisimeto
Cabudare
Rincón
Buena Vista
El Corozo
Uribante
Pregonero
La PedreraJunquito
PapelónMaracay
San Diego
Cdad.Bolívar
Trinidad
Cdad. Ojeda
BRASIL
La Canoa
Santa Teresa
Morón
Cdad.Losada
Cuatricentenario
El Tablazo
El Furrial
El Tigre Palital
Jose
• Es recomendable Es recomendable para un país para un país alcanzar un nivel de alcanzar un nivel de autosuficiencia de autosuficiencia de recursos para recursos para abastecer su abastecer su consumoconsumo
• Pero también es Pero también es recomendable una recomendable una interconexión. interconexión.
• Para enfrentar Para enfrentar condiciones de condiciones de operación operación inesperadas y inesperadas y beneficiarse de beneficiarse de situaciones situaciones favorables. Y favorables. Y proveer: proveer:
o Fuerza adicionalFuerza adicionalo Confiabilidad de Confiabilidad de
suministrosuministro
• Generación Local :Generación Local :
• Facilita la entrada de nuevos agentes en el mercado Facilita la entrada de nuevos agentes en el mercado de generación.de generación.
• Afecta la forma en que se despachan los sistemas Afecta la forma en que se despachan los sistemas de generación; esto favorece la competencia de de generación; esto favorece la competencia de proyectos eficientes.proyectos eficientes.
• Interconexión del sistema :Interconexión del sistema :
• Favorece la competencia.Favorece la competencia.
• Minimiza los costos de operación. Reduce los Minimiza los costos de operación. Reduce los precios de la energía.precios de la energía.
• Mejora la confiabilidad de los sistemas eléctricos.Mejora la confiabilidad de los sistemas eléctricos.
En el desarrollo de sistemas de transmisión el Mercado y los Estados deben coincidir en una Visión de Largo Plazo, que puede significar considerar Interconexiones.
En el desarrollo de sistemas de transmisión el Mercado y los Estados deben coincidir en una Visión de Largo Plazo, que puede significar considerar Interconexiones.
Mercado
Estados
VisióndeLargoPlazo
• Las autoridades regionales o de países vecinos deberían valorar la iniciativa y dar Las autoridades regionales o de países vecinos deberían valorar la iniciativa y dar facilidades, desde sus puntos de vista como reguladores, para la interconexión de facilidades, desde sus puntos de vista como reguladores, para la interconexión de tales regiones o países cuando los aspectos complementarios estén bien tales regiones o países cuando los aspectos complementarios estén bien establecidos.establecidos.
B: Mercado Exportador
A: Mercado Importador
precio A
precio B
Antes de la interconexión
Después
interconexión
La conexión de mercados eléctricos mediante líneas de transmisión se traduce generalmente en que:• el precio en el mercado importador disminuye, al aumentar
la oferta equivalente: beneficia a los consumidores en este mercado.
• el precio en el mercado exportador aumenta, al aumentar la demanda equivalente: beneficia a los productores en este mercado
• Deben existir ventajas para las dos partes involucradas, en el Deben existir ventajas para las dos partes involucradas, en el futuro inmediato y en el futuro previsible.futuro inmediato y en el futuro previsible.
Las autoridades deben facilitar la realización del proyecto Las autoridades deben facilitar la realización del proyecto
desde el punto de vista regulatorio y práctico.desde el punto de vista regulatorio y práctico. Las autoridades deben asegurar que los organismos de Las autoridades deben asegurar que los organismos de
fiscalización estén siempre atentos y disponibles.fiscalización estén siempre atentos y disponibles. Las autoridades deben crear el contexto necesario, de tal Las autoridades deben crear el contexto necesario, de tal
manera, que el peso relativo de algunos actores del sector manera, que el peso relativo de algunos actores del sector energético no vaya en contra de los intereses generales.energético no vaya en contra de los intereses generales.
La vida útil reconocida debe ser de largo plazo.La vida útil reconocida debe ser de largo plazo.
Se debe dar la certidumbre de una rentabilidad apropiadaSe debe dar la certidumbre de una rentabilidad apropiada..
La realización de La realización de una interconexión una interconexión entre dos sistemas entre dos sistemas eléctricos eléctricos previamente previamente separados, separados, requiere mucho requiere mucho más que solo más que solo construir una construir una línea de línea de transmisión nueva.transmisión nueva.
Varios aspectos que deben ser Varios aspectos que deben ser considerados para la interconexiónconsiderados para la interconexión::
¿Cuanta potencia se planea transferir ¿Cuanta potencia se planea transferir entre los sistemas?, y en que dirección?entre los sistemas?, y en que dirección?
¿Entre que subestaciones deberá ¿Entre que subestaciones deberá instalarse la interconexión?instalarse la interconexión?
¿Cuales son los requerimientos de ¿Cuales son los requerimientos de confiabilidad? ¿Se requieren dos confiabilidad? ¿Se requieren dos circuitos?circuitos?
¿La frecuencia de los sistemas a ser ¿La frecuencia de los sistemas a ser interconectados es la misma?interconectados es la misma?
¿Es tolerable la propagación de disturbios ¿Es tolerable la propagación de disturbios entre los sistemas?entre los sistemas?
Requerimientos de estabilidadRequerimientos de estabilidad ¿Cuál es la relación entre la potencia ¿Cuál es la relación entre la potencia
instalada en los sistemas a interconectar y instalada en los sistemas a interconectar y la potencia nominalla potencia nominal
de la interconexión?de la interconexión? Aspectos medioambientales, permisos etc.Aspectos medioambientales, permisos etc.
Fig. 15-5
Sistemas de regulación de velocidadSistemas de regulación de velocidad
Estos son los gobernadores de velocidad con que están equipadas la mayoría de las unidades
Coeficiente de frecuenciaCoeficiente de frecuencia
Refiriéndose a la frecuencia de la carga conectada al sistema.
Además existe un efecto transitorio de corta duración debido al efecto de la energía rotativa de reserva cuando ocurren variaciones de carga.
Regulación naturalRegulación natural Control suplementarioControl suplementario
Sistemas de gobierno del sistema
Las acciones de regulación subsiguientes manual o automáticamente por medio de reguladores de velocidad o reguladores de generadores para corregir: desviaciones de frecuencia, asignaciones a la zona de
generación cargas de las líneas de
interconexión despacho económico o combinaciones de estos.
Ecuaciones de la energía de reserva
Dos soluciones completamente diferentes:Dos soluciones completamente diferentes: Un enlace en corriente alterna (HVAC)Un enlace en corriente alterna (HVAC) Un enlace en corriente directa (HVDC)Un enlace en corriente directa (HVDC)
HVAC es la solución natural si las HVAC es la solución natural si las frecuencias de las dos redes a frecuencias de las dos redes a interconectar son las mismas. Si no fuera interconectar son las mismas. Si no fuera así la solución natural es un enlace HVDC.así la solución natural es un enlace HVDC. Aún siendo las frecuencias iguales, hay casos Aún siendo las frecuencias iguales, hay casos
donde HVAC no satisface los requerimientos de la donde HVAC no satisface los requerimientos de la interconexión ó es más cara queinterconexión ó es más cara que
HVACHVAC
Interconexión con HVAC
Condiciones para la interconexión AC
Una interconexión en corriente alterna obligará a los dos sistemas, previamente independientes, a operar en sincronismo. Por lo tanto será necesario:
Coordinar sus controles de frecuenciaEstablecer reglas comunes para:
la generación de reserva primaria y secundaria rechazo de carga limites para la variación de frecuencia en estado
estacionario y transitorio, etc.
Esto implica posibles modificaciones en el control de generadores y procedimientos de operación en los centros de despacho.
Control del flujo de potencia Control del flujo de potencia CapacidadCapacidad
Puede ser indirectamente controlado con los generadores en una de las redes para obtener el intercambio deseado con la otra red.
Sin embargo, cualquier disturbio, como la pérdida de una máquina o de carga en uno de los sistemas causará un desbalance que resultará en un cambio de flujo de potencia en la interconexión.
Interconexion suficientemente fuerte para mantener los dos sistemas en sincronismo durante diferentes contingencias.
No debe ser mucho menor que la generación instalada en la red más pequeña
Que no tenga una capacidad menor que la máquina más grande en ambas redes.
Reglas prácticas que cambian depende del caso estudiado.
Características Grales de la interconexion
Dos sistemas eléctricos Dos sistemas eléctricos interconectadosinterconectadosse pueden representar por medio de se pueden representar por medio de dosdosmasas giratorias unidas por un eje.masas giratorias unidas por un eje.
VISUALIZACIONVISUALIZACION
Si se da una Si se da una aceleración o aceleración o frenada de una de frenada de una de las las masas , ymasas , ya que el a que el eje no es eje no es infinitamente rígido, infinitamente rígido, las dos masas las dos masas empezarán a oscilar.empezarán a oscilar.
Si el eje es débil y Si el eje es débil y largo las largo las oscilaciones pueden oscilaciones pueden ser considerables, ser considerables, conduciendo conduciendo finalmente a la finalmente a la ruptura del eje.ruptura del eje.
Lo mismo ocurrirá a Lo mismo ocurrirá a una interconexión una interconexión entre dos redes entre dos redes fuertes con un fuertes con un enlace en corriente enlace en corriente alterna alterna de baja de baja capacidad.capacidad.
Características Generales de la Características Generales de la interconexióninterconexión
Estado TransitorioEstado Transitorio
Potencia de sincronización
Una línea de interconexión larga (valor grande de X) proveerá menor potencia de sincronización que una línea corta. Hay varias formas de mejorar la potencia de sincronización de una línea larga:
Nivel de voltaje más alto. Compensación serie.Dos o más circuitos.Esquemas especiales de
protecciones.
Capacidad de transmisión de líneas de CA para diferentes niveles de voltaje.
Nivel de Nivel de voltaje mas voltaje mas altoalto
(Influye sobre U1 (Influye sobre U1 y U2)y U2)
La forma natural La forma natural de elegir el nivel de elegir el nivel de voltaje es de voltaje es escoger el nivel escoger el nivel más alto de las más alto de las redes existentes redes existentes a ser a ser interconectadas. interconectadas. Esto asegura la Esto asegura la rigidez del rigidez del enlace.enlace.
Dos o más interconexiones en CAentre dos sistemas eléctricos puede resultar en potencias circulantes.
Compensación Compensación serie (Influye serie (Influye sobre X)sobre X)Un capacitor tiene Un capacitor tiene reactancia negativa y reactancia negativa y por ende conectado en por ende conectado en serie hace la línea serie hace la línea eléctricamente más eléctricamente más corta. No es inusual corta. No es inusual tener un grado de tener un grado de compensación (relación compensación (relación entre la reactancia del entre la reactancia del capacitor y la reactancia capacitor y la reactancia de la línea) del orden de de la línea) del orden de 50 a 70 %, reduciendo la 50 a 70 %, reduciendo la longitud de la línea longitud de la línea hasta hasta 30 a 50 %.30 a 50 %.
Hoy es también posible Hoy es también posible implementar soluciones implementar soluciones más avanzadas como el más avanzadas como el TCSC (Compensación TCSC (Compensación Serie Controlada por Serie Controlada por Tiristores) que ofrece la Tiristores) que ofrece la posibilidad de cambiar posibilidad de cambiar en forma rápida el nivel en forma rápida el nivel de compensación. El de compensación. El TCSC mejora el TCSC mejora el amortiguamiento de amortiguamiento de oscilaciones de oscilaciones de potencia.potencia.
Esquemas Esquemas especiales de especiales de proteccionesprotecciones
En el caso de que la interconexión no sea de vital importancia es posible aceptar la separación de los dos sistemas en caso de disturbios. Esquemas de protección especiales deberán implementarse para asegurar que la separación de los subsistemas se realice en la interconexión y en forma controlada.
La capacidad de La capacidad de una una interconexión en interconexión en CACA
Las medidas necesarias para asegurar una operación estable de una interconexión entre dos sistemas por medio de líneas de corriente alterna pueden resultar en una capacidad de transmisión instalada más alta que la necesaria. Esto tal vez sea de poca importancia si la interconexión es una buena inversión. Pero es importante recordar que una interconexión de éste tipo puede requerir futuros refuerzos ya que los subsistemas crecen y se expanden.
HVDCHVDC
Interconexión con HVDC
¿Por qué corriente directa (HVDC)?
Tradicionalmente HVDC ha sido elegido cuando:
se interconectan redes asíncronas
la distancia a transmitir es considerable (por tierra o por agua)
se requiere mejorar la estabilidad de la red
Hoy día podemos agregar:
Alta controlabilidadDerecho de víaServicios auxiliaresAplicaciones
particulares: Conectar energía
renovable a la red Alimentar cargas
aisladas remotas Transmisión Mercantil
Caracteristicas
Un enlace de HVDC tiene normalmente dos (o más) estaciones conversoras, conectadas a las redes de corriente alterna.
Estas estaciones conversoras están interconectadas por medio de: líneas aéreas cables submarinos o subterráneos en configuración “Back-to-Back”, donde el rectificador y el
inversor se encuentran en la misma subestación.En el caso de tener más de dos estaciones
conversoras el enlace se denomina multiterminal.Una de las características fundamentales de un
enlace con HVDC es su asincronismo.
Conexión monopolarConexión monopolar Conexión bipolarConexión bipolar
Las dos subestaciones convertidoras se unen a través de un conductor y como retorno se usa la tierra a través de dos electrodos de puesta a tierra o un retorno metálico.
Donde se tiene un polo de voltaje ±Vd que implica un solo sentido de corriente y un retorno por tierra.
Posee dos conductores, uno con polaridad negativa – Vd y el otro con polaridad positiva +Vd, por lo que esta configuración se podría considerar como una conexión de dos sistemas monopolares.
Cada conductor une las dos subestaciones convertidoras, si uno de los sistemas monopolares deja de funcionar entonces puede funcionar el otro con la tierra como retorno y si ambos funcionan simultáneamente, por la tierra circulara una corriente casi despreciable correspondiente al desbalance de ambos polos.
Configuraciones
Componentes en una transmision HVDC
Nivel de voltaje
El nivel de voltaje de HVDC es elegido para obtener la mejor solución técnico-económica del enlace completo y no es necesario coordinarlo con el nivel de voltaje del lado de corriente alterna. Un gran número de enlaces HVDC con potencia nominal de 1200 MW a 3000 MW operan con +/- 500 kVdc. Al contrario de la corriente alterna, donde se encuentran dificultades cuando la distancia a transmitir es considerable, con HVDC no hay limites técnicos.
Tipo de HDVC y su aplicacion
HVDC – Alta HVDC – Alta controlabilidadcontrolabilidadLa posibilidad de La posibilidad de controlar exactamente el controlar exactamente el nivel de potencia nivel de potencia transmitida es una de las transmitida es una de las ventajas del HVDC. Este ventajas del HVDC. Este control es realizado control es realizado electrónicamente por los electrónicamente por los sistemas de control en las sistemas de control en las estaciones conversoras. estaciones conversoras. Usualmente el modo de Usualmente el modo de control principal es el de control principal es el de transferencia de potencia transferencia de potencia constante, es decir el constante, es decir el operador da la orden del operador da la orden del nivel de potencia a nivel de potencia a transmitir por el enlace. transmitir por el enlace. Otra función de control Otra función de control que es frecuentemente que es frecuentemente implementada en los implementada en los casos donde se casos donde se interconectan diferentes interconectan diferentes sistemas de potencia, es sistemas de potencia, es permitir al enlace permitir al enlace cambiar automáticamente cambiar automáticamente el nivel de orden de el nivel de orden de potencia para de ésta potencia para de ésta manera asistir a la red manera asistir a la red que experimente que experimente problemas, como la problemas, como la pérdida de generación.pérdida de generación.
HVDC- Un muro contrafuego
Las redes conectadas al rectificador y al inversor no necesitan estar sincronizadas. Interconectando dos redes con HVDC permite mantener el control de frecuencias separado. Un disturbio en una de las redes que resulte en un cambio de frecuencia no afectará la potencia transmitida por el enlace (a no ser que el sistema de control haya sido específicamente diseñado para ello), y no hay ningún riesgo de inestabilidad en la interconexión. (En este sentido se puede ver el enlace HVDC como un “muro contrafuego”)
ConfiabilidadConfiabilidad Fallas TiristoresFallas Tiristores
El hecho de que la potencia transmitida por el enlace de HVDC es continuamente controlada imposibilita la sobrecarga del enlace y la consecuente pérdida de éste cuando más es necesitado. También significa que, en comparación con enlaces de corriente alterna, se puede limitar los flujos de potencia en paralelo en un sistema interconectado.
Estadísticas de fallas en plantas HVDC de ABB con válvulas enfriadas por agua, provistas con ETT (tiristores disparados electricamente) y puestas en servicio durante los 80’s y 90’s:
Nota:Solo una fracción de las fallas está relacionada con el sistema de disparo de tiristores.
Confiabilidad de HVDC, Fallas de tiristores
TECNOLOGIAS HVDCTECNOLOGIAS HVDC
Tecnologías HVDC
La tecnología HVDC ofrece hoy día diferentes soluciones de acuerdo a las necesidades de la aplicación.La tecnología clásica de HVDC está basada en conversoras de conmutación natural, usando tiristores como elemento de rectificación e inversión. La mayoría de las instalaciones de HVDC en el mundo usan ésta tecnología. La característica más importante de las conversoras de conmutación natural es que necesitan de una red con generación para poder operar. Las conversoras de conmutación natural consumen potencia reactiva y ésta es generada en parte por los filtros de CA y si esto no fuere suficiente se agregan bancos de capacitores. Tanto los bancos de capacitores como los filtros son conectados y desconectados con interruptores. Se suelerequerir un 50 % de la potencia activa del enlace en potencia reactiva.
Partes principales de una estación Partes principales de una estación conversora.conversora.
A fines de la década de los noventa se lanzo unpaquete de tecnologias donde las mas importantesson las sig:• CCC - Conversora Conmutada por Capacitores• Filtros con reactor ConTune• Filtros activos de corriente directa• Sistema de control MACH2• Válvulas modulares de exterior
Banco de capacitores de CCC.
Las conversoras Las conversoras conmutadas por conmutadas por capacitores, capacitores, CCCCCC
Son especialmente Son especialmente atractivas cuando las atractivas cuando las redes de alterna, redes de alterna, donde se va a donde se va a conectar la estación conectar la estación conversora, son conversora, son débiles, es decir con débiles, es decir con relación de relación de cortocircuito menor a cortocircuito menor a 2. El hecho de tener 2. El hecho de tener un capacitor en serie un capacitor en serie entre el entre el transformador y las transformador y las válvulas de tiristores válvulas de tiristores hace que el conversor hace que el conversor tolere fluctuaciones tolere fluctuaciones de voltaje en el lado de voltaje en el lado de alterna.de alterna.
Reactor Contune
Filtros con Filtros con reactor reactor ConTuneConTune
El hecho de conectar El hecho de conectar en serie parte de la en serie parte de la capacitancia capacitancia necesaria para la necesaria para la operación del operación del convertidor permite convertidor permite el uso de filtros el uso de filtros continuamente continuamente sintonizados, sintonizados, ConTune.ConTune.
Los filtros de Los filtros de corriente alterna con corriente alterna con reactores ConTune reactores ConTune requieren menor requieren menor parte pasiva, parte pasiva, ahorrando de ésta ahorrando de ésta manera espacio y manera espacio y costos.costos.
Filtro activo de corriente continua.
Filtros activos Filtros activos de corriente de corriente directa directa Están compuestos por Están compuestos por una parte pasiva una parte pasiva (mínima) y una parte (mínima) y una parte activa. El principio de activa. El principio de funcionamiento se funcionamiento se basa en tomar basa en tomar muestras de los muestras de los armónicos del lado de armónicos del lado de corriente corriente continua, continua, amplificarlos, ponerlos amplificarlos, ponerlos en contrafase en contrafase y volver y volver a inyectarlos en el a inyectarlos en el sistema. De ésta sistema. De ésta manera se obtiene un manera se obtiene un filtrado efectivo con un filtrado efectivo con un filtro filtro pasivo reducido. pasivo reducido. Cuando los Cuando los requerimientos de requerimientos de filtrado de armónicos filtrado de armónicos del lado de directa son del lado de directa son elevados el costo de elevados el costo de filtros pasivos aumenta filtros pasivos aumenta en forma exponencial y en forma exponencial y el correspondiente a el correspondiente a los filtros activos es los filtros activos es lineal y mucho menor.lineal y mucho menor.
Sistema de control MACH 2
Sistema de Sistema de control, control, MACH2MACH2Fue Fue específicamente específicamente desarrollado para desarrollado para aplicaciones de aplicaciones de HVDC yHVDC y FACTS. Está FACTS. Está basado en basado en computadoras computadoras estándar con estándar con encapsulado encapsulado industrial y industrial y plataforma plataforma Microsoft, lo que lo Microsoft, lo que lo hace muy flexible y hace muy flexible y funcional. El funcional. El sistema de control sistema de control MACH2 ya ha sido MACH2 ya ha sido implementado en implementado en más de 20 proyectos más de 20 proyectos de HVDC y FACTS.de HVDC y FACTS.
Ubicación de los capacitores CCC y el filtro con reactor Contune.
Válvulas de Válvulas de exterior exterior aisladas en aireaisladas en aire
Fueron Fueron desarrolladas para desarrolladas para acortar los tiempos acortar los tiempos de entrega y de entrega y minimizar la obra minimizar la obra civil. Las válvulas civil. Las válvulas de tiristores son de tiristores son encapsuladas en encapsuladas en contenedores que contenedores que puede ser puede ser transportados por transportados por medios normales. medios normales. Las válvulas son Las válvulas son probadas con las probadas con las normas aplicables normas aplicables antes de ser antes de ser enviadas al enviadas al lugar lugar de instalación.de instalación.
Proyectos donde se han implementado las tecnologias descritas son: Interconexión Brasil-Argentina de 2 x 1000 MWRapid City DC Tie de 2 x 100 MW,Enlace con cable submarino entre Polonia y Suecia Swepol de 600 MW.
HVDC Light – Una dimensión más
Como se ha dicho anteriormente la tecnología HVDC convencional usa conversoras de conmutación natural que requieren una fuente de voltaje de corriente alterna para poder operar. El proceso de conversión requiere potencia reactiva que toma de los filtros y bancos de capacitores que son parte de la estación conversora. La eventual demanda o exceso de potencia reactiva deberá ser absorbida por el sistema de CA. Esta diferencia de potencia reactiva debe ser mantenida entre unos límites pre-establecidos para poder mantener el voltaje dentro de las tolerancias aceptables. En el caso de conectarse a una red débil es de suma importancia mantener el balance de potencia reactiva para poder operar dentro de las tolerancias de voltaje deseadas.
A diferencia de una máquina síncrona o un compensador estático las conversoras de HVDC convencional en sí no pueden contribuir mucho al soporte dinámico de voltaje, aunque se pueden instalar bancos de capacitores adicionales para obtener un soporte transitorio ó estacionario. (También se puedenobtener cierto soporte dinámico, permitiendo ángulos de disparo mayores).Sin embargo, la tecnología más reciente de HVDC, llamada HVDC Light, se basa en conversoras de conmutación forzada y su comportamiento se asemeja al de las máquinas síncronas. Usando componentes de alta frecuencia de switcheo, como el IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), es posible usar tecnología PWM (Modulación del Ancho de Pulso) para producir el voltaje de corriente alterna como un switcheo ultra-rápido entre dos voltajes fijos.
Principio de funcionamiento de un conversor de conmutación forzada HVDC Light por medio de PWM.
Con PWM es posible producir cualquier ángulo de fase y amplitud (hasta cierto nivel), y se pueden variar prácticamente en forma instantánea. También, la tecnología de conmutación forzada (VSC=Voltage Source Converter), permite la alimentación a una red pasiva (sin generación), que es muy ventajoso en la restauración de una red después de un apagón.
Diagrama P/Q típica de HVDC Light ®
Se puede operar en cualquier punto dentro del área de capacidad
La potencia activa y reactivase controla con la amplitud delvoltaje U V(1) y el ángulo entreéste y el voltaje de la red.
La tecnología HVDC Light no solamente permite controlar en forma rápida y precisa el flujo de potenciaactiva, sino también puede generar o consumir potencia reactiva independientemente del flujo de potenciaactiva. Esto significa, que uno puede ver el HVDC Light como un enlace de transmisión de potenciaactiva más dos compensadores estáticos SVC Light ó STATCOM en cada punta de la interconexión.
La habilidad de controlar el flujo de potencia activa y la generación o consumo de potencia reactiva almismo tiempo, brinda ventajas únicas en circunstancias donde hay problemas de estabilidad.Para visualizar esto podemos considerar dos tipos de interconexión:•Interconexión en serie•Interconexión en paralelo
HVDC Light ® en paralelo con CA
En el caso de tener una interconexión entre dos sistemas eléctricos con un HVDC Light y donde una de las conversoras es conectada a una línea larga y débil de CA se puede hacer uso del control mixto (P y Q) para evitar la pérdida de la interconexión frente a disturbios y también maximizar la potencia activaque puede ser transferida de un sistema a otro, brindando apoyo de reactivo en la barra de CA donde el voltaje puede variar en forma extrema.
HVDC Light en serie con una línea larga de CA
Si se instala un enlace de HVDC Light en paralelo con una línea de CA vemos que con una instalaciónrelativamente pequeña (en comparación con la potencia transmitida por el enlace en CA), y gracias a lahabilidad del control mixto (P & Q) se amortiguan las oscilaciones luego de una falla en el lado de CAen forma mucho más rápida, evitándose el colapso del sistema.
Desde el punto de vista de estabilidad transitoria de voltaje también se obtienen ventajas en el caso de conectarse un enlace HVDC Light en paralelo con un enlace en CA, principalmente gracias al control mixto, pudiéndose transmitir hasta tres veces más que la potencia nominal del enlace de HVDC Light.
HVDC Light ® unayudante de redes
Comparacion HDVC y HDVC light
Ventajas particulares Ventajas particulares con HVDCcon HVDC
Control de flujo de Control de flujo de potencia potencia bidireccionalbidireccional
Inversion mas baja Inversion mas baja para transmisiones de para transmisiones de larga distancialarga distancia
Interconexión Interconexión asíncronaasíncrona
Transmisión Transmisión mejorada en circuitos mejorada en circuitos CA paralelosCA paralelos
Mas de 3 veces la Mas de 3 veces la potencia en el mismo potencia en el mismo derecho de víaderecho de vía
Ventajas particulares Ventajas particulares de HVDC Light ®de HVDC Light ®
Control Control independiente de independiente de potencia activa y potencia activa y reactivareactiva
Mejor operación en Mejor operación en red existentered existente
Interfaz simplificado Interfaz simplificado con red CA de con red CA de conexiónconexión
Conexión de cargas Conexión de cargas pasivaspasivas
Proceso de permisos Proceso de permisos simplificado por uso simplificado por uso de cablesde cables
TECNOLOGÍAS HVACTECNOLOGÍAS HVAC
FACTS: flexible altern FACTS: flexible altern current transmission current transmission
systemssystems
FACTS: Sistemas de transmisión AC Sistemas de transmisión AC flexibleflexible
Los sistemas FACTS:
Tienen un gran rango de aplicaciones gracias a su buena controlabilidad
Se utilizan para reducir costes, mejorar las líneas y la calidad del suministro
Tienen una gran flexibilidad para adaptarse a diferentes condiciones de trabajo.
Aplicaciones
Las aplicaciones básicas de los dispositivos FACTS son:
Control de flujo de potenciaIncremento de la capacidad de transmisiónControl de voltajeCompensación de energía reactivaMejoras de estabilidadMejoras de calidad de potenciaMejoras de calidad de suministroMitigación del efecto flicker Interconexión de generación renovable y
distribuida
Consideraciones
Algunas consideraciones:
Requieren un estudio de necesidades y beneficios para justificar su costeLa electrónica de potencia permite tiempos de respuesta muy rápidosSon estáticos y dinámicos a la vez
Clasificación
Convencionales vs FACTS Según tipo de conexión (paralelo, serie, serie-paralelo) Utilizando tiristores o IGBT’s
Dispositivos en paralelo
Se utilizan básicamente para compensación de reactiva y control de tensión.
Aplicaciones:Reducción de flujos indeseados de potencia reactivaControl del intercambio de energía contratada con energía reactiva equilibrada Compensación de los consumidores y mejora de la calidad de potencia Mejora de la estabilidad estática o transitoriaEnergías renovables y energía distribuida en general
SVC (Static Var Compensator)
Puede presentar diseños muy diversosAproximadamente 90.000 MVA instalados actualmente
Aplicaciones:Aumento de la capacidad de transferencia de energía y reducción de las variaciones de tensión (estabilización de la tensión dinámica)Aumento de la estabilidad en régimen transitorio y mejor amortiguación del sistema de transmisión de energía eléctrica (mejora de la estabilidad sincrónica).Equilibrio dinámico de la cargaSoporte de la tensión en régimen permanente
SVC (Static Var Compensator)
Tipos más conocidos: TSR, TSC, TCR, MSC
Se pueden usar diversas combinaciones
Se colocan en centros de carga importantes, subestaciones críticas y en puntos de alimentación de grandes cargas
STATCOM (STATic COMpensator)
Se trata de un compensador estático sincrónico y sin inercia Mejor dinámica Menor inversión Menores costes de mantenimiento 1200 MVA instalados en la actualidad.
Aplicaciones: Aumento de la transmisión de energía y menores variaciones de
tensión (estabilización de la tensión dinámica) Mejor estabilidad en régimen transitorio, mejor amortiguamiento
del sistema de transmisión, amortiguamiento de SSR (mejora de la estabilidad sincrónica)
Equilibrio dinámico de carga Mejora de la calidad de la energía Soporte de tensión en régimen permanente
STATCOM (STATic COMpensator) Compuesto de un
condensador en el lado de continua y de tiristores con capacidad de desconectarse (GTO, IGCT o IGBT)
Es posible controlar la tensión del convertidor, por lo tanto, también la energía reactiva
Se suelen usar impulsos PWM en el control, reduciendo así los harmónicos generados
Dispositivos Serie
Compensan reactiva además de permitir un flujo de potencia estable gracias a las impedancias
Suelen estar protegidos con un puente de tiristores Potencia instalada aproximada: 350.000 MVA
Aplicaciones: Disminución de la reducción de tensión en una línea Reducción de fluctuaciones de voltaje Mejora de la respuesta ante las oscilaciones Limitación de cortocircuitos en redes o subestaciones Evitan el reflujo de carga en una red mallada
TCSC (Tyristor Controlled Series Capacitor )
Condensador en serie controlado por tiristores Puede estar formado por varias reactancias en paralelo
controladas Control uniforme de la reactancia capacitiva
Aplicaciones: Eliminación de problemas dinámicos en sistemas de transmisión Amortiguación de oscilaciones electromecánicas Reducción de la resonancia subsincrónica
TCSC (Tyristor Controlled Series Capacitor )
Condensador en paralelo con un varistor de óxido metálico para evitar sobretensiones
Formado, además, por un inductor de intensidad variable.
SSSC (Static Syncronous Series Compensator)
Compensador en serie sincrónico estático. Puede funcionar como si fuera un condensador en serie
controlable
Aplicaciones: Control dinámico del flujo de energía Mejora de la estabilidad de la tensión y del ángulo
Dispositivos Serie y Paralelo
Con el crecimiento del consumo de energía y de las redes, la capacidad del flujo de potencia de las líneas adquiere cada vez más importancia, así como sus pérdidas de energía. Estos dispositivos intentan solucionar ambas problemáticas simúltaneamente.
DFC (Dynamic Flow Controller) Híbrido formado por un transformador de desplazamiento de fase (PST, Phase Shifting Transformer) y por compensación de cambios en serie
Contiene un PST, un TSC/TSR y, opcionalmente, un capacitor en paralelo mecánicamente activado, MSC
La intensidad que circula por las impedancias colocadas en serie se puede modificar mediante válvulas
Los cambios de las conexiones de válvulas se realizan por medio de señales binarias y en el instante en que el corriente es cero para minimizar los armónicos generados
UPFC (Unified Power Flow Controller)
Combinación de un STATCOM y un SSSC acoplados mediante un bus de contínua
Permite un flujo bidireccional de potencia activa y control de potencia reactiva (independientemente).
El bus de continua, que tiene un condensador, permite adaptar diferentes niveles de potencia reactiva, pero la potencia activa debe ser la misma en los dos extremos
Este dispositivo fue diseñado para un control en tiempo real y una compensación dinámica de los sistemas de transmisión
IPFC (Interline Power Flow Controller)Dispositivo muy parecido al UPFC con la diferencia principal que su conexión es, en ambos lados, mediante un transformador en serie con la red
Intenta compensar la potencia reactiva de un número dado de líneas de transmisión en una subestación
Con un IPFC es posible:
Equilibrar el flujo de activa y reactiva entre líneas
Reducir la sobrecarga de las líneas mediante transmisión de potencia activa
Compensar las caídas de tensión resistivas a la potencia reactiva que se requiere
Incrementar la efectividad del conjunto a las perturbaciones dinámicas
GUPFC (Generalized Unified Power Flow Controller)
Combinan tres o más convertidores VSC interconectados con un mismo bus de continua y conectados a la red mediante transformadores serie y paralelo.
Mejoras introducidas:
Control de energía reactiva en cada binomio VSC + Condensador
Flujo unificado de energía activa entre las líneas a las que está conectado
Dispositivos Back-to-Back
Convencionales
Formados por tiristores No permiten la regulación
de energía reactiva compensada
Permiten transmitir grandes cantidades potencia activa
Tienen menos pérdidas (frecuencia de conmutación baja)
Con VSC
Formados por semiconductores con capacidad de desconexión (IGBT)
Permiten la regulación de potencia reactiva (además de la activa)
La cantidad de energía activa que permiten transmitir es menor que en el caso de los tiristores
Insertan menos armónicos pero incrementan las pérdidas
•Permite un control total de flujo de potencia ya que toda la energía activa circula a través de él.
Dispositivos Back-to-Back
Los primeros (sin VSC) disponen de unos 14.000 MVA instalados mundialmente
Los segundos (con VSC) se limitan a 900 MVA a día de hoy
HVDC (High-Voltage Direct-Current transmission)
Convierten la corriente AC a DC La transportan a través de una línea DC Finalmente realizan la transformación inversa.
Ventajas en muchas aplicaciones: Cables submarinos Interconexión de sistemas AC de distintas frecuencias Transmisión a largas distancias
ALGUNAS ALGUNAS COMPARACIONES HVAC Y COMPARACIONES HVAC Y
HVDCHVDC
Torre típica de líneas de transmisión en HVAC.Torre típica de líneas de transmisión en HVAC.
Torre típica de transmisión de líneas de transmisión en HVDCTorre típica de transmisión de líneas de transmisión en HVDC
Torres
para la misma transmisión de potencia el tamaño de las torres usadas en HVDC es menor que las usadas en HVAC.
Franja de servidumbe para 500kV HVAC 3000MWFranja de servidumbe para 500kV HVAC 3000MW Franja de servidumbre ±500kV HVDC 3000MWFranja de servidumbre ±500kV HVDC 3000MW
Servidumbre
Derecho de via- Transmision de 3000MW
Capcidad de transferencia de un circuito HVAC
Capcidad de transferencia de una linea HVAC
Capacidad de transferencia de un circuito HVDC
APLICACIONES DE APLICACIONES DE INTERCONEXION HDVCINTERCONEXION HDVC
Costos y perdidas estimados de líneas y terminales paratransm itir 6000 MW una distancia de 2000 km
800 kV 800 kV HVDC ¿Por HVDC ¿Por que?que?
800 kV HVDC 800 kV HVDC ¿Como?¿Como?
Dos grupos de 12pulsos Dos grupos de 12pulsos por polopor polo Potencia máxima de 6400 MWPotencia máxima de 6400 MW Datos de los transformadores (6200 MW)Datos de los transformadores (6200 MW)
No 24 unidadesNo 24 unidades 1Ø2W 320 MVA1Ø2W 320 MVA Peso 310 toneladasPeso 310 toneladas Dimensiones 8 x 4 x 5 metrosDimensiones 8 x 4 x 5 metros
Configuración similar en operación en Itaipú desde Configuración similar en operación en Itaipú desde hace 20 añoshace 20 años
• Potencia: 2x3150 MW• Voltaje CD: + 600 kV• Transmisión: 785/805 km• Dos bipolos con lineas aereas• Puesta en servicio: 198487• Interconexión asíncrona
Itaipú Binacional, BrazilItaipú Binacional, Brazil
• Potencia: 3100 MW• Voltaje CD: + 500 kV• Transmisión: 1360 km• Bipolo con lineas aereas• Puesta en servicio: 19702004• Transmisión de potencia enmasa, Estabilidad
Pacific Intertie, EE.UU.Pacific Intertie, EE.UU.
HQ – NE, Canada EE.UU.HQ – NE, Canada EE.UU.• Potencia: 2000 MW• Voltaje CD: + 450 kV• Transmisión: 1480 km• Bipolo (Multiterminal) con lineasaereas• Puesta en servicio: 199092• Transmisión de potencia enmasa, Interconexión asíncrona
Three Gorges – Guangdong, ChinaThree Gorges – Guangdong, China
• Potencia: 3000 MW• Voltaje CD: + 500 kV• Transmisión: 940 km• Bipolo con lineas aereas• Puesta en servicio: 2004• Transmisión de potencia enmasa, Estabilidad
Cross Sound Cable HVDC Light ® Cross Sound Cable HVDC Light ® , EE.UU., EE.UU.
• Potencia: 330 MW• Voltaje CD: ± 150 kV• Transmisíon: 42 km(dos cables submarinos)• Puesta en servicio: 2002/2003• Transmisión comercial
Murraylink HVDC Light ® , AustraliaMurraylink HVDC Light ® , Australia
• Potencia: 200 MW• Voltaje CD: +150 kV• Transmisión: 180 km(dos cables subterráneos)• Puesta en servicio: 2002• Transmisión comercial