aplicaciones de svcs jornadas técnicas€¦ · sistemas flexibles de transmisión en ca ......

www.abb.com/FACTS

António SilvaABB Power Technologies

División FACTS

Suecia

Aplicaciones de SVCs

Jornadas Técnicas

Santiago, Chile

25 de Abril 2007

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FACTS División FACTS

Antonio Silva

Gerente de Ventas y Marketing de America Latina

ABB Power Technologies

FACTS

Västerås, Suecia

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FACTSIntroducción

FACTS * - Flexible AC Transmission Systems

Sistemas Flexibles de Transmisión en CA

Sistemas sofisticados con tecnología de puntadestinados a obtener :

Transmisión de potencia en condiciones óptimas

*) EPRI, entre otras organizaciones, ha estado promoviendo este nombre genérico.Antes conocido como RPC (Reactive Power Compensation).

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FACTSABB/PTPS - FACTS – Västerås Sweden

ABB tiene un centro de excelenciadedicado a FACTS

� Desarrollo

� Marketing y Ventas

� Estudios y diseño

� Ejecución de proyectos

� Control de Calidad

� Pruebas y puesta en servicio

� Servicio al cliente

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FACTSDos áreas principales

Compensación Shunt� SVC (desde 1972)� STATCOM (desde 1997)

Compensación Serie� Fija (desde 1954)

� Controlable (desde 1997)

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FACTSCompensación de Potencia Reactiva

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FACTS SVC

���������� �� � �

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FACTS ABB en Compensation Estática

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FACTS ABB – Instalaciones de SVCs

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FACTS Que es potencia reactiva?

…compite por espacio en los conductores y aparatos

PotenciaReactiva

kVar

PotenciaActiva

kW

PotenciaAparente

kVA

Q

P

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FACTS

Los dispositivos FACTS pueden controlar U1, U2, X y �1-�2

( )2121 sin θθθθθθθθ −=

XUUP

U1∠∠∠∠θθθθ1 P

X

U2∠∠∠∠θθθθ2

PST UPFC SC

TCSC UPFC

SVC STATCOM UPFC BSC BSR

? Que parametros pueden ser controlados por FACTS?

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FACTS

En Transmisión de Potencia, el SVC ayudará:

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FACTS Beneficios del SVC

� Estabilización de la tensión dinámica:

� Aumento de la capacidad de transferencia de energía

� Reducción de la variación de tensión

� Mejora de la estabilidad:

� Aumento de la estabilidad en régimen transitorio

� Mejor amortiguación del sistema de transmisión de energía eléctrica

� Equilibrio dinámico de la carga

� Compensación de potencia reactiva de cargas con variaciones rápidas

� Soporte de la tensión en régimen permanente

� Reducción de las pérdidas de transferencia

2* IRPpérdidas =U

QPI

22 +=

2

22 )(*U

QPRPpérdidas+=

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FACTS

� Centros de carga importantesPara reducir el efecto de las perturbaciones de la red sobre cargas sensibles. Puede tratarse de cortocircuitos y/o de la pérdida de líneas importantes de transmisión. El centro de carga puede estar al final de una red radial ó en un sistema mallado. La característica es que las cargas están situadas lejos de grandes centrales eléctricas.

� Subestaciones críticasPara impedir las caídas de tensión causadas por variaciones de potencia activa.Para evitar sobretensiones o subtensiones temporales excesivas en el caso de que se pierdan estaciones generadoras o líneas de transmisión importantes.Para prestar un continuo apoyo al suministro de tensión durante el ciclo diario de carga.

Donde es necesario un SVC?

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FACTS

� Grandes cargas industriales

Hornos de arco eléctrico.

Grandes convertidores de tiristores.

� Subestaciones de tracción

Cargas monofásicas producen un desequilibrio del sistema.

El desequilibrio genera problemas a otros clientes.

Calentamiento de motores asincrónicos.

� Subestaciones de convertidores de alta tensión continua

Alimentación de potencia reactiva dinámica

Donde es necesario un SVC?

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FACTSConsideraciones sobre el diseño y la planificación de un SVC

Planificación� Valores

nominales- Cont. vs. Sobrecarga- Rango Dinámico

� Ubicación

� Estrategias de Control- Subtensión y sobretensión- Amortiguación de Oscilación de Potencia- Compensación de Desbalance

Diseño del Sistema

� Información básica del diseño- Información de la red (círculos de impedancia)- Desviaciones de tensión y frecuencia- Condiciones locales y ambientales

� Características del SVC- Configuración- Dinámica y sobrecarga- Pérdidas- Armónicas- Layout

� Desempeño- Tiempo de respuesta- Confiabilidad, disponibilidad y mantenimiento- Armónicas- Ruido audible- RI, FIT, CE

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FACTSVoltaje vs carga al final de una linea

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FACTSInfluencia de la Compensación de la Potencia Reactiva

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FACTSAmortiguamiento de oscilaciones de potencia

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FACTSVariación de tensión en un embarrado

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FACTSControl de sobretensiones acidentales:

Reactor controlado por Tiristores vs Reactor fijo

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FACTSTipos de Compensadores Estáticos

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FACTSInstalación TCR

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FACTSReactor Controlado por Tiristores (TCR)

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FACTS Corrientes de armónicas generadas por un TCR

Amplitud p.u.

Ángulo de control en grados

Fundamental

3ª armónica

7ª armónica

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FACTS SVC: Nivel Máximo de Armónicas Generadas

OperaciOperacióón secuencialn secuencial OperaciOperacióón de n de 12 pulsos12 pulsos

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FACTS Instalación TSC

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FACTSCapacitor Conmutado por Tiristores(TSC)

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FACTS Instalación TCR / Fc

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FACTS Instalación TCR/TSC

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FACTSComparación de pérdidas, SVC

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FACTS Limitación de la transmisión

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FACTS Potencia de cortocircuito reducida

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FACTSCompensación de potencia reactiva dinámica

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FACTSLos SVCs de ABB . . .

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FACTS Los SVCs de ABB . . .

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FACTS Los SVCs de ABB . . .

����������� ����� ��

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� �����

� Sistema de protección y control 100% computadorizado

� Sistema de control muy flexible para aplicacione de potencia

� SVC

� SVC Light

� SC

� HVDC Light

� HVDC

� Basado en el State of the Art de computadoras, micro controladores y procesadores digitales de señales (DSP:s)

� Basado en interfaces abiertos utilizando estandards internationales y industriales siempre que posible

� Redundancia paralelo a todos los niveles

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FACTS Características Operativas del SVC

Tensión terminal

(Rango de (Rango de tensitensióón n normal)normal)

Corriente de Corriente de salida del salida del SVCSVC

Generación de potencia reactiva

Absorción de potencia reactiva

Pendiente mPendiente míínimanima

(Pendiente m(Pendiente mááxima)xima)

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FACTS SVC para transmisión de potencia: tipos de control

Control principal:Control principal:

CaracterCaracteríística adicional:stica adicional:

Control de la Control de la amortiguaciamortiguacióón de n de oscilaciones de oscilaciones de potencia (POD)potencia (POD)

ControladorControlador

ControladorControlador

carga carga

Control de Control de tensitensióón por lazo n por lazo cerradocerrado

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FACTSRegulador de tensión automático (Automatic Voltage Regulator-AVR)

Tiempo de respuestaTiempo de respuesta

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FACTS Conclusión: Beneficios de los Equipos FACTS

� Aumento en la capacidad de transmisión

� Aumento de la confiabilidad del sistema

� Aumento de la estabilidad del sistema

� Disminución de pérdidas en la transmisión

� Costos más bajos de inversión

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FACTSVizcarra, CMA, Peru

Problema

� Maquinaria minera muy pesada en una red muy debil

La solución

� Un equipo que pueda controlar las variacionesde voltage

SVC

� 45 Mvar inductivos a 90 Mvar capacitivos: rango dinamico de control a 220 kV

� La potencia reactiva varia de una forma continua, con un control simétrico de las tresfases para conseguir un control rápido y muyexacto

Vizcarra SVC

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FACTSSVC, Alimentación a la Mina Antamina, Peru

La Mina de Antamina necesita� Soporte de voltage en estado estacionario y

durante contingencias.

� Alimentación de máquinas eléctricas de gran tamaño con conversores de frecuenciapara variar la velocidad.

Beneficios de la solución de ABB� Reducción de los costos por interrupciones

no deseadas de la producción.

Mina Antamina

Lima

Peru

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FACTSVizcarra SVC, Peru

VizcarraSVC

Lima

PERU

Mejora la alimentación a un complejo minero

� Estabiliza el voltaje220 kV +/- 5%

� SVC: 220 kV,-45/+90 Mvar

� En servicio:Diciembre 2000

90 MVA

5: a51 Mvar

TCR135 Mvar

7: o29 Mvar

11: e10 Mvar

220 kV

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FACTS Power Grid Corporation of India

Kanpur SVCs

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FACTSPower Grid Corporation of India

Kanpur SVCs

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FACTSPower Grid Corporation of India

Kanpur SVCs

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FACTSStatnett, Sylling

420 kV, -/+160 Mvar SVC

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FACTSStatnett, Sylling

420 kV, -/+160 Mvar SVC

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FACTS Statnett, Sylling

420 kV, -/+160 Mvar SVC

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FACTS Statnett, Sylling

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FACTS ZESA, Zimbabwe

Insukamini SVCOne SVC, rated 330 kV, -100/+200 Mvar

Operating in grid including HVAC interconnection to South Africaas well as the parallel Cahora Bassa HVDC link

Main purpose of SVCs: maintain stable grid voltageunder various operating conditions

Also equipped to counteract active power oscillations

The SVCs have enabled a considerable increase of the active power transmission capability of the grid

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FACTS

Harare

Insukamini

Kariba

Matimba

Apollo

SVC

Zimbabwe

South Africa

Mocambique

Botswana

Zambia

400 kV AC330 kV AC533 kV DC

200 km

ZESA, Insukamini s/s

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FACTS

330 kV

-100/+200 Mvar

200 MVA

330 kV

TCR150 Mvar

TSC150 Mvar

35 Mvar 15 Mvar

7th5th

ZESA, Insukamini s/s

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FACTS ZESA, Insukamini s/s

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FACTS ZESA, Insukamini s/s

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FACTS 4 SVCs CFE, Mexico

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� ����� �

” The SVC will instantaneously regulate voltage variations and improve power supply to hotels and other consumers in Cancun city”

Ing. Eduardo Castañon, CFE

Ubicación Potencia Voltage Aplicación principal

Topilejo -90/+300 Mvar 400 kV Dyn.voltage controlTexcoco -90/+300 Mvar 400 kV Dyn. voltage controlGüemez -90/+300 Mvar 400 kV Dyn. voltage controlNizuc -30/+100 Mvar 115 kV Dyn. voltage control& Power oscillation damping

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FACTSAuas SVC, NamPower, Namibia

The Problem

� A new 400 kV line projected to meet the large annual growth of power consumption due to growth in the industrial development and the need for rural electrification

� A system resonance phenomenon as a consequence of the new 900 km long line in combination with the very weak Namibian network

The Solution

� A facility that can quickly control network to prevent dangerous system over voltages

SVC

� 330 MVAR Dynamic Rating at 400 kV

� Thyristor controlled reactors was identified as the best solution

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FACTSAUAS SVC, NamPower, Namibia

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NAMIBIA

” After almost nearly 4 and a half years (when the 400 kV project to connect the 400 kV system between Eskom and NamPower(Windhoek) started), we can now confidently say that we have a interconnectorfunctioning well and as designed.”

Ing. S. Boshoff, Consultant, South Africa

Location Rating Voltage Main purpose

Auas -250/+80 Mvar 400 kV Resonance control

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FACTSNelson SVC, Connectiv, USA

The Problem

� Instability and insufficiency if the existing 138 kV network in Sussex County, Delaware, 100 km east of Washington DC

The Solution

� A facility that can withstand the voltage and current stresses imposed during temporary over voltage conditions

SVC

� 100 Mvar inductive to 150 MVAR capacitive dynamic rating at 138 kV

� The reactive power will be continuously variable, with symmetrical control of the three phases for fast and accurate voltage control

Delaware

Dover

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(%)��!$��*#�� ��&

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FACTSNelson /Indian River SVCs, Connectiv, USA

Location Rating Voltage Main purpose

Nelson -100/+150 Mvar 138 kV Voltage stabilisationIndian River -100/+150 Mvar 230 kV Voltage stabilisation

1. 2.

1. Nelson SVC 2. Indian River SVC

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FACTSBlackwall/Breamar SVCs, Powerlink, Australia

Location Rating Voltage Main purpose

Blackwall s/s -150/+250 Mvar 330 kV Voltage stabilisation and power oscillation dampingBreamar s/s -115/+150 Mvar 330 kV

1. Braemar SVC2. Blackwall SVC

1. 2.

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FACTSLUL, Seeboard Powerlink, United Kingdom

The Problem

� Voltage fluctuations and harmonic distortion levels are too high

The Solution

� A facility to keep the fluctuations within requested limits

SVC

� 5 SVC’s each of 37 Mvar inductive to 23 Mvar capacitive dynamic rating at 22 kV

� 8 harmonic filters tuned to 12th harmonic to take care of train related harmonic fluctuations

� Reactive power will be continuously variable with symmetrical control of the three phases for fast and accurate voltage control

System studies

� ABB has performed extensive studies modelling the underground system and researched all applicable parts to configure and verify solution

LUL SVC’s

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FACTSCTRL, LES, United Kingdom

The Problem

� Voltage unbalance due to large single phase traction load (60MVA)

� Voltage drops across long traction feeders at large traction loads

The Solution

� Load balancer to restore symmetricalvoltage

� Single phase SVC’s on feeder / catenerysystem for voltage support

SVC

� One Load balancer: 84 Mvar inductive to 168 Mvar capacitive

� Two traction SVC’s: -3,5 Mvar inductive to 41 Mvar capacitive

1. SVC’s2. Load balancer 1. 2.

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FACTS Electrical Arc Furnaces - Fluctuating Load

EAF

FURNACEBUS

ABB Power Systems

POW/RP 1998-04-29 PQMILLS.PPT: Page 11

)/8&78$7,1*�/2$’

0 1 2 3 4 510

15

20

25

30

TIME s

kVab

s

BUS VOLTAGE

0 1 2 3 4 5

−2

0

2

TIME s

kAEAF CURRENT

EAF

FURNACEBUS

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FACTSReactive power with dynamic compensation

Q

Q

QNET

EAF

QEAF

PCC

SVC

SVC

QTCR

TCR

FC’s

SET OF CAPACITORBANKS, FC’s

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FACTS Improvement of process economy

� The furnace input power is mainly a function of:

(Arc stability)

P IUI

X= ���

��� −3 2

22* *

CosP

P Qϕ =

+2 2

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FACTS Efficient Furnace Operation

EAF

0

10

20

30

40

50

60

70

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Ie (kA)

Act

ive

Pow

er, M

W

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Pow

er fa

ctor

, p.u

.

Without dyn. comp.

With dyn. comp.

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FACTS Increased furnace power and stabilised voltage

0

8

16

24

32

40

0

2.4

4.8

7.2

9.6

12

132 kV, Ssc = 1000 MVA

+- 22 Mvar8 Mvar

10.5 kV

33 MVA, 11.3 %

31.5/ 37.8 MVA14 Mvar 5.9/ 7.7 MVA

33 MVA, 10.8 %

Voltage

Active power

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FACTS Improvement of process economy

Voltage without SVC Voltage with SVC

Production

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FACTS Results from Hagfors – field measurements

Description Without SVC Light With SVC Light

Power on 124 106 min

Power off 20 20 min

Tap to tap 144 126 min

Tap weight 66 66 tonnes

Productivity 27.5 31.4 tonnes/h

Electrode current 35.6 38.2 kA

Wox 1.18 1.04 p.u.

Wtip 1.61 1.58 kg/tonne

Wtot (electrodecons.)

2.79 2.62 kg/tonne

Ecalculated 37671 36313 kWh

ElossOthers 2092 1803 kWh

ElossCable -571 -566 kWh

Total 39192 37550 kWh

Tap weight 66 66 tonnes

Tap temperature 1630 1630 ºC

Econsumtion 594 569 kWh/tonne

=> 14% Increase

=> 4 % Decrease

=> 6 % Decrease

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FACTS Example of Power increase - Cascade Steel SVC

Active power to furnance 10/12

0

10

20

30

40

50

60

70

80

00:00:00 04:48:00 09:36:00 14:24:00 19:12:00 00:00:00Time

MW

SVC switched back on line

Increase of power with approx. 10%

Active power the day of tuning 14/12

01020304050607080

0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00

Time

MW

� SVC: 0-90 Mvar� EAF: 70/ 84 MVA� Ssc PCC: 3600 MVA�16 % increased

furnace power !

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FACTS With dynamic reactive power compensation

� Reduced flicker generation

� Reduced voltage variations

� Reduced harmonic generation

� Phase balance

� High power factor

� Lower losses

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FACTS

Un lider globalen tecnologias de potencia y automatización

que permite a los clientes del sector eléctrico e industriales reducir sus inversiones y mejorar

su desempeñodisminuyendo el impacto ambiental

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