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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 . . .
����������� ����� ��
������ ��������
� �����
� 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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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
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www.abb.com/FACTS