Sistemas de transmisión AC flexibles, Power Transmission Systems for AC over submarine cables, long distances or different power system frequencies, LEONARD, COPPER Institute, Spanish

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Barcelona-Spain
Diciembre 2008
Albert Nubiola
Marçal Mora
Andreas Sumper
Oriol Gomis
CITCEA-UPC
FACTS – Sistemas de
transmisión AC flexible

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Dispositivos y Aplicaciones
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.

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Dispositivos y Aplicaciones
Las aplicaciones básicas de los dispositivos FACTS son:
 Control de flujo de potencia
 Incremento de la capacidad de transmisión
 Control de voltaje
 Compensación de energía reactiva
 Mejoras de estabilidad
 Mejoras de calidad de potencia
 Mejoras de calidad de suministro
 Mitigación del efecto flicker
 Interconexión de generación renovable y distribuida

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Dispositivos y Aplicaciones
Algunas consideraciones:
 Requieren un estudio de necesidades y beneficios para justificar
su coste
 La electrónica de potencia permite tiempos de respuesta muy
rápidos
 Son estáticos y dinámicos a la vez

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

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Dispositivos Paralelo
 Se utilizan básicamente para compensación de reactiva y control
de tensión.
Aplicaciones:
 Reducción de flujos indeseados de potencia reactiva
 Control 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 transitoria
 Energías renovables y energía distribuida en general

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SVC (Static Var Compensator)
 Puede presentar diseños muy diversos
 Aproximadamente 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 carga
 Soporte de la tensión en régimen permanente

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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