sistemas de transmision electrica

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SISTEMAS DE POTENCIA II

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Page 1: Sistemas de Transmision Electrica

SISTEMAS DE POTENCIA II

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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

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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

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• 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.

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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.

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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

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• 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..

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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.

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Fig. 15-5

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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.

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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.

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Ecuaciones de la energía de reserva

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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

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HVACHVAC

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Interconexión con HVAC

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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.

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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

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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

Page 42: Sistemas de Transmision Electrica

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.

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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.

Page 44: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 45: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 46: Sistemas de Transmision Electrica

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.

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HVDCHVDC

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Interconexión con HVDC

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¿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

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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.

Page 51: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 52: Sistemas de Transmision Electrica

Componentes en una transmision HVDC

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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.

Page 54: Sistemas de Transmision Electrica

Tipo de HDVC y su aplicacion

Page 55: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 56: Sistemas de Transmision Electrica

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”)

Page 57: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 58: Sistemas de Transmision Electrica

TECNOLOGIAS HVDCTECNOLOGIAS HVDC

Page 59: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 60: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 61: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 62: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 63: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 64: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 65: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 66: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 67: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 68: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 69: Sistemas de Transmision Electrica

HVDC Light ® en paralelo con CA

Page 70: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 71: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 72: Sistemas de Transmision Electrica

HVDC Light ® unayudante de redes

Page 73: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 74: Sistemas de Transmision Electrica

TECNOLOGÍAS HVACTECNOLOGÍAS HVAC

FACTS: flexible altern FACTS: flexible altern current transmission current transmission

systemssystems

Page 75: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 76: Sistemas de Transmision Electrica

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

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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

Page 78: Sistemas de Transmision Electrica

Clasificación

Convencionales vs FACTS Según tipo de conexión (paralelo, serie, serie-paralelo) Utilizando tiristores o IGBT’s

Page 79: Sistemas de Transmision Electrica

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

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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

Page 81: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 82: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 83: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 84: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 85: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 86: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 87: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 88: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 89: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 90: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 91: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 92: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 93: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 94: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 95: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 96: Sistemas de Transmision Electrica

ALGUNAS ALGUNAS COMPARACIONES HVAC Y COMPARACIONES HVAC Y

HVDCHVDC

Page 97: Sistemas de Transmision Electrica

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.

Page 98: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 99: Sistemas de Transmision Electrica

Derecho de via- Transmision de 3000MW

Page 100: Sistemas de Transmision Electrica

Capcidad de transferencia de un circuito HVAC

Page 101: Sistemas de Transmision Electrica

Capcidad de transferencia de una linea HVAC

Page 102: Sistemas de Transmision Electrica

Capacidad de transferencia de un circuito HVDC

Page 103: Sistemas de Transmision Electrica

APLICACIONES DE APLICACIONES DE INTERCONEXION HDVCINTERCONEXION HDVC

Page 104: Sistemas de Transmision Electrica

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?

Page 105: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 106: Sistemas de Transmision Electrica

• 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

Page 107: Sistemas de Transmision Electrica

• 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.

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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

Page 109: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 110: Sistemas de Transmision Electrica

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

Page 111: Sistemas de Transmision Electrica

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