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Dispositivos para la transmisión flexible de potencia eléctrica,Dispositivos para la transmisión flexible de potencia eléctrica, FACTS: principios y
aplicaciones al Sistema Eléctrico Nacional
Gabriel Olguín, Ph.D.Subgerente de Estudios de Nuevas TecnologíasSubgerente de Estudios de Nuevas Tecnologías
Seminario de Electrónica de Potencia:Convertidores de alta potencia, FACTS, STATCOM Y OTROS
Valparaíso, 12 y 13 de Abril 2011
Contenido
1. Escenario energético: demanda y generación
2. Transmisión de energía eléctrica g– Control de la potencia activa y reactiva en sistemas de potencia
3. Electrónica de potencia, FACTS: HVDC y STATCOM/SVC
4. Aplicaciones al sistema eléctrico nacional
Escenario Energético
1. Escenario Energético: demanda y generación
Capacidad Instalada vs. Demanda*
18.000
12.000
14.000
16.000
ada [M
W]
4.000
6.000
8.000
10.000
Capacidad Instala
0
2.000
2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
ERNC* Hidro Carbón GasERNC Hidro Carbón GasDiesel Demanda media Demanda máxima
- Crecimiento económico implica crecimiento
TG DieselCentral CogeneraciónCentral Carbón
energético- Crecimiento de la demanda esperado 5,7% anual
Ce a Ca bóCentral GNL/GNCentral HidroeleectricaCentral Eólica
1. Escenario Energético: ERNC
Proyectos de generación de ERNC (en MW)Estado del proyecto Eólico Mini hidro Geotérmico Biomasa
Proyectos Aprobado 210 100 0 10presentados al
SEIA En calificación 950 150 0 73
Proyectos anunciados
Aún no presentado 850 200 100 0anunciados presentado
Z N t hi P t i l óliEólico
Mini hidro
Biomasa
Geotérmico
Zona Norte chico: Potencial eólico
Zona Centro: Potencial mini hidro y biomasa
Zona Sur: Potencial mini hidro y eólicoGeotérmico
Transmisión de Energía Eléctrica
2. La transmisión
• El Sistema de Transmisión Troncal es esencial para el funcionamiento del mercado eléctrico, sin restricciones o
ti i li difi l d h ó ticongestiones que impliquen modificar el despacho óptimo
• Cualquier congestión del STT implica un mayor costo total de laCualquier congestión del STT implica un mayor costo total de la operación; generación barata es desplazada por otra
L t i i d t i tió l STT (• Las restricciones de potencia o congestión en el STT (con criterio de seguridad N-1) pueden obedecer a varios criterios
• Estabilidad dinámica• Estabilidad transitoria• Estabilidad de tensión
STT• Límite térmico de los conductores STT
2. La transmisión: las congestiones
Hoy
Cardones
2014
Confiabilidad y CongestiónCongestiónConfiabilidadOK
2016
Cardones
Maitencillo
P. Azúcar
Quillota
Las Palmas
154 kV
A.Jahuel
Polpaico
500 kV
Ancoa-Itahue
Charrúa
Temuco
P.Montt
Control de potencia en SEP
Control de potencia activa y reactiva en SEP
Mecanismos convencionales de control de potencia activa y reactiva en un SEP
• Potencia activa (estabilidad angular) – En Generación por el control directo de la energía primaria, a través del
torque mecánico aplicado a la turbina que produce la conversión de energía. Ej. Control de velocidad en turbinas hidráulicas y térmicas, control de ángulo de ataque en turbinas eólicas, etc.
– En Transmisión por medio del control de ángulo de desfase entre las t i t i l d lí t é d i t ió d l i ittensiones terminales de una línea y a través de interrupción del circuito
• Potencia reactiva (estabilidad de tensión) – En Generación por medio del control de la corriente de excitación en la
máquina de generación– En Transmisión mediante compensación serie o paralelo de reactivos a través
de bancos de condensadores, reactores o compensadores estáticos de reactivos CER
• La Electrónica de Potencia permite aportar controlabilidad al SEP
Electrónica de potencia: aplicaciones FACTS
Los FACTS y la electrónica de potencia
• Los FACTS, Flexible AC Transmission Systems, son aplicaciones de la electrónica de potencia que permiten un uso más intensivode la electrónica de potencia que permiten un uso más intensivo del sistema de transmisión
• Los dispositivos FACTS combinan los avances de la electrónica de potencia y del control digital para aportar controlabilidad a variables relevantes del sistema de potencia
• Mediante el control de la variable apropiada es posible mejorar la ed a te e co t o de a a ab e ap op ada es pos b e ejo a aexplotación de los activos del sistema de transmisión – Compensación serie, fija o controlada por tiristores
T f d d f d– Transformadores desfasadores – Compensación de reactivos: SVCs, STATCOMs– Almacenamiento de energía (BESS, FESS)Almacenamiento de energía (BESS, FESS)– Transmisión en corriente continua de alto voltaje HVDC (LCC y
VSC)
Introducción a HVdc
La transmisión en corriente continua de alto voltaje(HVdc) no es nueva. Sin embargo, es una tecnología enconstante evoluciónconstante evolución.
Algunas Ventajas:
‐ Permite la transferencia de potencia entre sistemas de diferentes frecuencias.
P i i d l i d di bl‐Para transmisiones de gran longitud mediante cable (mayor de 40 km), en la mayoría de los casos la transmisión en corriente continua ofrece la única solución técnica factible.
‐ Control preciso y rápido del flujo de potencia activa.
‐Permite amortiguar las oscilaciones de potencia en el lado AC y por lo tanto mejorar la estabilidad del sistema.
Componentes de un enlace HVdc
Sistema AC 2Sistema AC 1
E l HVd bi lEnlace HVdc bipolar
Convertidor HVdc 12 pulsos
Formas de onda
El id d 12 l lá i f d id d• El convertidor de 12 pulsos clásico se forma con dos convertidores de 6 pulsos conectados en serie. El desfase que genera la conexión Y‐D del transformador, provoca el desfase necesario para formar los 12 pulsos.
/ /SVC / STATCOM / BESS
SVC: Static Var Compensator
• El SVC es un dispositivo capaz de absorber oinyectar potencia reactiva.
QSVC
Barra de ATinyectar potencia reactiva.
• Puede estar formado con un TCR + TSC o bien unTCR + Banco Condensadores.
Características del SVC:
Rápido y continuo control de tensión
Corrección de factor de potencia
TCR TSCAmortiguación de oscilaciones de potencia
Corrección de Flicker de voltaje
Indirectamente: aumento de transferencias
…
Vista aérea de un SVC
Fuente: SVC Mitsubishi Electric
STATCOM: Static Synchronous Compensator
• El STATCOM es un convertidor DC/AC que permite el control de potenciareactiva de manera muy rápida.reactiva de manera muy rápida.
• Está formado por un convertidor de estado sólido tipo VSC el cual, por logeneral, utiliza IGBT o GTO, según los requerimientos.
Barra de AT
QSTATCOM
Aplicaciones del STATCOM:
Barra de MT
STATCOMControl de voltaje
Balance de fases
Corrección de factor de potencia~ =
VSC
Corrección de factor de potencia
Posibilita el aumento de transferencias
Amortiguación de oscilaciones de potencia
C1 C2
g p
Corrección de Flicker de voltaje
…
STATCOM
Válvulas (IGBT)
Sistema de control
Válvulas (IGBT)
Capacitores
Sistema de enfriamiento
Fuente: ABB
Aplicaciones al sistema electrico nacional
HVDC en Chile
• Existen dos proyectos en etapas de desarrollo Ambos contemplande desarrollo. Ambos contemplan la construcción de centrales hidroeléctricas en el extremos sur de Chile y la transmisión dede Chile y la transmisión de potencia al SIC:– Enlace HVdc Aysén‐SIC
(HidroAysén)(HidroAysén)– Enlace HVdc EA‐SIC (Energía
Austral)• Otras potenciales aplicaciones:• Otras potenciales aplicaciones:
– SIC‐SING– Chile‐Perú
Proyecto de compensación dinámica de reactivos
Norte Diego de Almagro
Carrera Pinto
Cardones500 kV
• Transferencia en corredor de 500kV (Ancoa hacia el norte) está limitada a
Maitencillo
Pan de Azúcar
Los Vilos
220 kV( )1400 MW.
• El proyecto STATCOM/SVC permitirá incrementar la transferencia en elLos Vilos
Quillota
Polpaico 220kV
Cerro Navia
incrementar la transferencia en el corredor de 500kV a 1600 MW.
• El STATCOM será instalado en S/E Cerro Navia mientras que el SVC en S/ECerro Navia
Chena
Alto Jahuel 220kV
Polpaico 500kVNavia mientras que el SVC en S/E Polpaico.
Max. Transfers 500kV (ambos circuitos):
‐ Desde 1400 MW a 1600 MW
Ancoa 500kV
Alto Jahuel 500kV
Charrúa 500kV
Temuco ValdiviaBarro Blanco
Puerto Montt
Charrúa 220kV
23
Sur
Proyecto STATCOM/SVC
Para aumentar la transferencia por las líneas de 500kV (1400 MW 1600 MW), se determinó que es necesaria la instalación de un STATCOM y un SVC.
Este proyecto contempla:
– Instalación de un STATCOM en la SS/EE Cerro Navia– Instalación de un SVC en la SS/EE Polpaico
Características básicas de los equipos:
– STATCOM: 140/‐65 MVar
Polpaico 500kV
A Jahuel 500kV
– SVC: 100/‐65 MVar
Ancoa 500kV
A. Jahuel 500kV
Charrúa 500kV
Rating STATCOM y SVC
Características de los compensadores
STATCOM
Capacidad nominal 140/ 65 MVAr
SVC
C id d i l 100/ 65 MVA
Características de los compensadores
Capacidad nominal 140/‐65 MVAr
Pendiente 0‐3% (capacitiva)0‐1.6% (inductiva)
T f d 140 MVA 220/34 kV YNd11
Capacidad nominal 100/‐65 MVAr
Pendiente 0‐15% (capacitiva)0‐10% (inductiva)
Transformador 140 MVA, 220/34 kV YNd11
Capacidad fuente VSC 102.5 MVAr
Filtros de armónicas 12.5 MVAr (5.5 x 50 Hz)10 MVA (12 50 H )
Transformador 100 MVA, 220/19 kV YNd11
TCR 192 MVAr
Filtros de armónicas 83 MVAr (4 95 x 50 Hz)10 MVAr (12 x 50 Hz)15 MVAr (33 x 50 Hz)
Filtros de armónicas 83 MVAr (4.95 x 50 Hz)46 MVAr (6.95 x 50 Hz)
Otros compensadores dinámicos de reactivos
Norte Diego de Almagro
Carrera Pinto
Cardones
Maitencillo
Pan de Azúcar
Los Vilos
SVC:
11/‐40 MvarSVC:
11/‐40 Mvar
Quillota
Polpaico 220kV
Cerro Navia
SVC (2011):
100/‐65 MvarSTATCOM (2011):
Chena
Alto Jahuel 220kV
Polpaico 500kV 140/‐65 Mvar
Ancoa 500kV
Alto Jahuel 500kV
SVC:
100/‐110 Mvar
500 kV
Charrúa 500kV
Temuco ValdiviaBarro Blanco
Puerto Montt
Charrúa 220kV
Sur
26
500
220 kVSur
Conclusiones
• La electrónica de potencia materializada en aplicaciones FACTS permite un uso más intensivo de la infraestructura existentepermite un uso más intensivo de la infraestructura existente
• Los Compensadores Estáticos de Reactivos (CER o SVC) permiten un control de voltaje (y de reactivos) rápido aportando
d á t t i d t l it j l t bilid dademás estrategias de control que permiten mejora la estabilidad dinámica del sistema
• Los STATCOMs o Compensadores Sincrónicos de potencia reactiva ofrecen prestaciones similares a las de los SVCs con respuestas más rápidas y menores requerimientos de espacio
• La transmisión en corriente continua es una tecnología maduraLa transmisión en corriente continua es una tecnología madura que hace posible la interconexión asincrónica de sistemas eléctricos, permite la transmisión de grandes bloques de potencia sobre largas distanciaspotencia sobre largas distancias
• Los dispositivos FACTS llegaron para formar parte del portafolio de soluciones de transmisión
Muchas GraciasMuchas Gracias
Dispositivos para la transmisión flexible de potencia eléctrica,Dispositivos para la transmisión flexible de potencia eléctrica, FACTS: principios y
aplicaciones al Sistema Eléctrico Nacional
Gabriel OlguínSubgerente de Estudios de Nuevas TecnologíasSubgerente de Estudios de Nuevas Tecnologías
Seminario de Electrónica de Potencia:Convertidores de alta potencia, FACTS, STATCOM Y OTROS
Valparaíso, 12 y 13 de Abril 2011
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