1. Ciencia

Victor F. Lescale. Seminario CIGRÉ 2010, Santiago de Chile. 2010-11-30.
¿Conectarse? Sí, pero…
¿Por qué? ¿Cómo?
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¿Conectarse? Sí, pero…
¿Por qué? ¿Cómo?
Por qué
Cómo
Factibilidad técnica: Estado del arte.
Comportamiento ante fallas
HVDC: Más que solo transmisión
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¿Por qué?
Cada consumidor podría generar localmente
A cualquier costo?
Con cualquier impacto ambiental?
Se podrían mover los consumidores?
Las localizaciones de genración pueden ser inhóspitas
Aún así: Hay que mover los productos
Que ocurre si un generador falla?
Reserva rodante local?
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¿Por qué? Lo que la transmisión logra.
Obviamente, transmitir desde la generación hasta la carga,
pero además:
Asegurar el suministro ante contingencias
Reducir la necesidad de reserva rodante
Permitir el uso (despacho) eficiente de la generación
Abrir la competencia en el mercado de energía
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¿Cómo?
Transmisión mecánica? Muy baja potencia.
Transmisión eléctrica?
Muy eficiente y efectiva en un rango amplio de
potencias
Efectiva pues ya está en la forma utilizable
Transmisión “química”?
(Carbón por tren, oleoducto, gasoducto)
Eficiente solo para muy altas potencias.
Para carbón, solo de alta calidad.
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¿Cómo?
¿Por corriente alterna?
Transmisión eléctrica por corriente alterna
Tradicional
Fácil de transformar
No muy eficiente para altas potencias o grandes
distancias
AC
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¿Cómo?
¿Por corriente directa?
Transmisión eléctrica por corriente directa
Muy eficiente en un rango amplio de potencias:
100MW a 7000MW en cada enlace
Muy eficiente para largas distancias
Cero (BtB) hasta 2500kM.
Muy bajo impacto ambiental
(derecho de vía, campos eléctrico y magnético)
Mejora la estabilidad del sistema de alterna
DC
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¿Cómo?
¿Por corriente directa?
U1 sin(α1)
HVAC
U2 sin(α2)
X (~ distance)
U1 ⋅U 2
P=
⋅ sin(α1 − α 2 )
X
α − α < 30° (to maintain transient stability)
1
U1 sin(α1)
2
HVDC
U2 sin(α2)
P = U DC ⋅ I DC
0 < I DC < I N
El flujo de potencia es independientede los ángulos
de las fuentes y de la impedancia de la línea
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¿Cómo?
¿Por corriente directa?
500MW
2000MW
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Factibilidad técnica
Estado del arte
HVDC. Estación convertidora.
Inversor
AC
AC
DC
HVDC. Estación convertidora.
Rectificador.
ABB pioneered HVDC technology 50 years ago
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Factibilidad técnica
Estado del arte
Con HVDC Clásica
Desde pequeños Back-to-Back (apr.100MW)
Hasta varios GW
6400MW, +/- 800kVDC, 2000km en operación
7200MW, +/- 800kVDC en licitación
Con HVDC Light® (VSC)
Desde bajas potencias (apr. 50MW)
Hasta 1GW al presente
(el desarrollo es aún muy rápido)
400MW +/- 150 kVDC Offshore en operación
800MW +/- 320 kVDC Offshore en ejecución
2 x 1000 MW +/-320 kVDC en licitación
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Comportamiento ante fallas
Fallas en la línea de HVDC
Mecanismo
Comportamiento del enlace
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Comportamiento ante fallas
+Ud
Tierra = 0
Torre = 0
+Ud
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-Ud
-Ud
Comportamiento ante fallas
Descargas directas:
-- Solo si el blindaje falló.
Aún así, solo falla un polo.
+Ud
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-Ud
Comportamiento ante fallas
+Ud
Tierra = 0
+Ud
-Ud
-Ud
Torre
desplazada
Descargas de hasta xx kA no causan falla
(Función de la resistencia a tierra y del LIWL de la línea)
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Comportamiento ante fallas
+Ud
Tierra = 0
+Ud
-Ud
-Ud
Black
flash-over
Torre muy
desplazada
Las descargas atmosféricas muy altas pueden causar
falla en UN solo polo
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HVDC: Más que Solo Transmisión
Solo fuerza bruta?
¡No!
HVDC no es solo transmisión; es un enlace inteligente.
Las potencias activa y reactiva se pueden cambiar
Muy rápidamente
Prácticamente de manera independiente de
- La frecuencia en las barras
- El ángulo de potencia
- La tensión en la barra
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HVDC: Más que Solo Transmisión
Transmisión en alterna
La física dice:
U1•U2
• sin (δ) ≅ K • δ
P=
X
Pero
δ = ∫ Δω • dt
Esto implica que P(s) está 90 grados atrás de Δω,
lo que a su vez implica que
¡No hay amortiguamiento!
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HVDC: Más que Solo Transmisión
Mecanismo de oscilación en alterna
..
δ
Tdist
Tamort
Σ
-
.
δ
Ko
-
∫
..
δ
Tamort
K1
Tresorte
δ
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Tresorte K
2
.
δ
∫
δ
HVDC: Más que Solo Transmisión
Transmisión en directa
La física dice:
U1 - U2
•U
P=
R
Pero aquí:
U1 y U2 se pueden controlar como se deseé, para que
P(s) tenga el ángulo óptimo con respecto a Δω
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HVDC: Más que Solo Transmisión
Control de la potencia transmitida en HVDC
Id R d
Pd1
+
Ud1
-
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Pd2
+
Ud2
Pd1=
-
Ud1 Ud2 Rd
Id
Pd1 Pd2
100 99
101 99
1
1
1
2
100 99
202 198
-99 -100
1
1
-99 -100
Ud1
X
(Ud1- Ud2)
R
HVDC: Más que Solo Transmisión
Control de la potencia transmitida en HVDC
Id R d
Pd1
+
Ud1
-
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Pd2
+
Ud2
Pd1=
-
Ud1 Ud2 Rd
Id
Pd1 Pd2
100 99
101 99
1
1
1
2
100 99
202 198
-99 -100
1
1
-99 -100
Ud1
X
(Ud1- Ud2)
R
HVDC: Más que Solo Transmisión
Influencia de un enlace de directa.
..
δ
Tdist
Tamort
Σ
-
.
δ
Ko
-
∫
..
δ
Tamort
K1
Tresorte
δ
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Tresorte K
2
.
δ
∫
δ
HVDC: Más que Solo Transmisión
Influencia de un enlace de directa.
..
δ
Tdist
Tamort
Tresorte
δ
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Σ
-
.
δ
ΔP
-
Ko
-
∫
..
δ
Tamort
ΔP
K1
G(s)
Tresorte K
2
.
δ
∫
δ
HVDC: Más que Solo Transmisión
HVDC control system
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HVDC: Más que Solo Transmisión
Estabilización de redes de alterna
Pac1
Red 1 de alterna
Δf1, U1, δ1
Red 2 de alterna
Pac2
Pdc
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Δf2, U2, δ2
HVDC: Más que Solo Transmisión
Estabilización de enlaces débiles de alterna
Red 1 de alterna
Δf1, U1, δ1
Red 2 de alterna
Pdc
Δf2, U2, δ2
Enlace débil
de alterna
Pac
Δf3, U3, δ3
Red 3 de alterna
ΔP
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HVDC: Más que Solo Transmisión
Control de frecuencia constante o con estatismo
ΔP
Red 1 de alterna
Δf1, U1, δ1
G(s)
P00 + ΔP
Pdc
Δf2, U2, δ2
Red 2 de alterna
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ΔP
Δf2
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