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Tecnologa HVDC Characteristicas y Beneficios
Jan G. Johansson, Power Systems HVDC, Santiago de Chile, 2013-06-05
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Tecnologa HVDC La tecnologa HVDC no es nueva!
La primera transmisin comercial en 1954 (100 kV, 20 MW).
Interconexin entre la Suecia continental y la isla de Gotland en el mar Bltico.
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ABB Pionero de HVDC
1954 - Primer enlace HVDC comercial, con vlvulas de vapor de mercurio 1970 - Primeras vlvulas de tiristores para HVDC 1997 - La primera instalacin comercial de HVDC Light 2006 - Primer laboratrio para pruebas 800 kV UHVDC de largo tiempo 2008 - Primer sistema y productos de 800 kV UHVDC 2009 - El cable de potencia mas largo del mundo, de 580 km, en operacin 2010 - Cuarta generacin de HVDC Light
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Qu es la Tecnologa HVDC
Partes principales:
Estaciones de conversin Bidireccionales
Lnea de corriente continua Lneas areas Cable submarino o subterrneo Mix de ambas Back to Back
A diferencia de la transmisin tpica en corriente trifsica alterna, en
HVDC se utiliza corriente continua lo que segn la necesidad supone
ventajas tcnicas, econmicas y de impacto al medio ambiente.
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Tecnologa HVDC Razones tpicas para el uso de esta tecnologa
Interconexin de redes asncronas
Transmisin de grandes potencias a largas distancias
Transmisin por cable submarino (> 80-100 km)
Control de flujo de potencia (activa)
Tecnologa HVDC Conversin de Lneas existentes de CA a CD
Ventajas:
Utilizacin de estructuras y lneas existentes
No se requieren nuevos derechos de paso
Tiempos de ejecucin reducidos
En case de doble circuitos, las potencias pueden aumentar hasta 300%
Reduccin de prdidas, mayor estabilidad y control efectivo de la potencia
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Tendencias especficas afectando el uso de HVDC
La integracin de energa renovable Hidroelctrica remota Elica costa fuera Potencia solar
Refuerzo de la red elctrica Para aumentar el comercio de energa Para compartir reserva rodante Para el soporte de energa renovable intermitente
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Tendencias generales afectando el sector elctrico
Reformas de reglamento
La globalizacin aumento en inversiones transfronterizas
Aumento del comercio elctrico
La urbanizacin
Exigencias aumentadas en la calidad de energa
Incremento del uso de produccin renovable
Tiempos de implementacin reducidas
Monopolios de transmisin desafiados
El aumento de la competitividad de electricidad
HVDC o HVAC? Consideraciones
Al planear una interconexin se debe considerar: Frecuencia de los sistemas
Potencia a transferir
Subestaciones de instalacin
Rigidez de los sistemas
Requerimientos de estabilidad
Requerimientos de confiabilidad
Propagacin de disturbios
Aspectos medioambientales
Permisos
Etc.
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Control de la potencia activa
U1 sin(a1) U2 sin(a2)
X (~ a la distancia)
)sin( 2121 aa
X
UUP
3021 aa (para mantener estabilidad transitoria)
Corriente Continua U1 sin(a1) U2 sin(a2)
El flujo de potencia no depende de los ngulos de los sistemas.
DCDC IUP
NDC II 0DCDC IUP
Corriente Alterna
Se puede cambiar el sentido de potencia
Xtot=Xl -Xc
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Capabilidad de transferencia de una linea CA Clculos simplificados
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
km
MW Caso: Lnea de 230 kV sin compensacin, a1-a2=30 Caso: Lnea de 230 kV con 50% de compensacin, a1-a2=30 Caso: Lnea de 500 kV sin compensacin, a1-a2=30 Caso: Lnea de 500 kV con 50% de compensacin, a1-a2=30
Distancia entre Santiago y Puerto Montt
HVDC +/- 500 kV
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Capacidad de transferencia de un circuito HVDC HVDC +/- 600 kV
HVDC +/- 800 kV
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Capabilidad de transmisin versus distancia La capabilidad de una lnea CA baja con distancia*
Efectos de distancia, lnea CA: Bajadas lmites de estabilidad (voltaje, ngulo)
Posibles problemas con flujos paralelos
Dispositivos FACTS, SVCs y SCs, para aumentar lmites de estabilidad y mitigar flujos paralelos
Demanda variable de potencia reactiva
Estaciones de switcheo intermedias, por ejemplo cada ~300 km por razones de TOV, TRV, perfil de voltaje
Efectos de distancia, lnea CC: No lmite de distancia por estabilidad
No necesidad de estaciones intermedias
No flujos paralelos por falta de control
Menor cambio en niveles de corto-circuito
No demanda aumentada en potencia reactiva
* Curva St Clair
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 200 400 600 800 1000
Lo
ad
ab
ility
(M
W)
Line length (km)
Loadability versus Distance
500 kV AC500 kV DC400 kV DC
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
0 500 1000 1500 2000
Rea
ctiv
e P
ow
er p
er T
erm
inal
(M
VA
r)
Power Transfer (MW)
Reactive Power v Power Transfer (320 km, 500 kV AC-line)
Without SC
0.2 - 1.4 x SIL
With 50% SC
0.2 - 1.4 x SIL
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Costo de inversin versus longitud (Costos de perdidas no considerados)
Inversin
Longitud
Costo de terminales CA
Costo Total, CA
Costo de terminales CC
Costo Total, CC Distancia crtica
Variables - Costo de tierra - Costo de materiales - Costo de trabajo - Tiempo al Mercado - Permisos - etc.
Ventajas nicas del HVDC
Los sistemas conectados pueden trabajar independientemente: Sin coordinacin de control de frecuencias
Sin reglas comunes para reservas, de load shedding, limites de estabilidad transitoria y de desviaciones transitorias de frecuencia
Sin transferencia de perturbaciones desde un sistema al otro
Un enlace HVDC puede dar soporte a un sistema de CA en caso de perturbaciones
No se necesita sobre-dimensionar el enlace por razones de estabilidad
No hay riesgo de sobrecarga y desconexin de un enlace HVDC
No contribuye al nivel de corto-circuito
Permite el control rpido y preciso del flujo de potencia activa
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Tecnologas HVDC
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Diferentes tipos de convertidores HVDC
Conmutacin natural; HVDC Clsico; convertidores de corriente (CSC)
Conmutacin forzada; HVDC Light; convertidores de voltaje (VSC)
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R S T
wt wt
T S R
I d
R
S
T
V1 V3 V5
V4 V6 V2
U d
X=0 X=0
d U
V2 V6 V4
V5 V3 V1
T
S
R ~
d I
~
~
~
~
~
Voltaje de fase Voltaje de fase
HVDC Clsico (CSC) Conversora de seis pulsos vlvulas no controladas
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HVDC Clsico Conmutacin natural, puente de seis pulsos Id
1 3 5
Ud
4 6 2
UR
US
UT
IR
IS
R
T
S
IT
UR US UT
16
12
32
34
54
56
URT UST
t
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HVDC Clsico Conmutacin natural - Voltaje directa, XK=0, a=0
-60 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240
Udi0=3V2*Uh/URT UST USR
t
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HVDC Clsico Conmutacin natural - Voltaje directa, XK=0
(Ud=Udi0 x cosa - (dx+dr) x Id x Udi0N/IdN)
-60 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240
Ud=3V2*Uh*cos a/URT UST USR
ta
(Ud=Udi0*cos a)
Ud1 Ud2 Rd Id Pd1 Pd2100 99 1 1 100 99101 99 1 2 202 198
-99 -100 1 1 -99 -100
Ud1 (Ud1- Ud2)
R
X P =
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HVDC Clsico Relacin entre el ngulo de disparo y el desfasaje
Entonces: La convertidora de conmutacin natural siempre consuma potencia reactiva
i a1 e a
i a (a)
E a
I a1 w t 0a
(b) I d
E a I a1
30a a
(d)
E a
I a1 90aa
(c)
E a
I a1 60a a
(e)
E a
I a1
120aa
E
(f)
a
I a1
150aa
a
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HVDC Clsico Estacin convertidora monopolar
Converter station Transmission line or cable
Converter
Smoothing reactor
DC filter
Telecommunication
Control system
AC filters Shunt
capacitors or other reactive
equipment
AC bus
~~
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HVDC Light Una dimensin ms
HVDC
SVC
HVDC Light
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HVDC Light Conmutacin forzada Voltaje
+Udc1
Udc1
Usw
Udc2
+Udc2
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HVDC Light Conmutacin forzada y modulacin de ancho de pulsos
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HVDC Light: Diferentes tpos de modulacin
Dos niveles
Voltaje de salida Circuito
Multi-niveles
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HVDC Light Estacin convertidora simtrica
Reactores de fase Capacitores CD secos
Filtros CA
Reactor de fase
Capacitor CD
Interior
Idc
Udc
Lnea aerea o cable
Sistema de
Control
Barra de CA
Vlvulas IGBT
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Tecnologas HVDC bsicas - Conversoras
AC DC
HVDCHVDC--CSCCSC
Indoor
Outdoor
AC FiltersAC Filters
DC FiltersDC Filters
Thyristor ValvesThyristor Valves
Converter Converter TransformersTransformers
AC DC
HVDCHVDC--CSCCSC
Indoor
Outdoor
AC FiltersAC Filters
DC FiltersDC Filters
Thyristor ValvesThyristor Valves
Converter Converter TransformersTransformers
AC DC
HVDCHVDC--VSCVSC
Indoor
Outdoor
IGBT ValvesIGBT Valves
AC DC
HVDCHVDC--VSCVSC
Indoor
Outdoor
IGBT ValvesIGBT Valves
HVDC Light (Conmutacin forzada) No requiere nivel mnimo de corto-circuito
No requiere nivel mnimo de potencia
No demanda potencia reactiva
Control independiente de la potencia activa y reactiva
Soporte dnmico de voltaje: Q ~= 0.5 x Pdnom
HVDC Clsico/CCC (Conmutacin natural) Nivel de corto-citcuito mnimo: SMVA > 2 x Pd
(>1.3 x Pd con CCC)
Nivel mnimo de potencia: 5-10%
Demanda potencia reactiva en los terminales
Potencias mas altas, escalas de economa
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HVDC Light: Potencia Activa y Reactiva Comparacin con HVDC Clsica
1,0
0,5
I d
Q
0,13
- 0,5 Consumo de la conversora
Desbalace con la red
Suministro de bancos de capacitores y filtros
HVDC Clsica:
~ compensacin reactiva con filtros y bancos en paralelo maniobrados
0.75 0.5 0.25 0 0.25 0.5 0.75
1.25
1
0.75
0.5
0.25
0.25
0.5
0.75
1
1.25 P (p.u.)
Qgen
(p.u.) Qabs (p.u.)
Rectifier operation
Inverter operation
HVDC Light:
No requiere compensacin reactiva; STATCOM con un rango dinmico ~ 0.5Pd/+0.5Pd Mvar bajo un factor de potencia de 90%.
Operacin individual posible en qualquier punto dentro de la curva (respetando que PR~PI ), i.e. QR y QI pueden ser despachadas totalmente distintas
(Diagrama vlida en operacin BtB)
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HVDC Light versus HVDC Clsica Rangos comparativos
Ucd en kV
HVDC Clsica con lneas aereas
Potencia en MW
HVDC Light con lneas aereas
800
700
600
500
2000 3000 4000 5000 6000 7000
HVDC Clsica/ HVDC Light con cables MI 400
300
200
0
0 1000
HVDC Light con cables poli-mricos
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Configuraciones
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Qu es la Tecnologa HVDC Lneas HVDC Configuraciones
DC DC
Retorno por tierra/mar metlico
Monopolo (asimtrico)
0 0
~~ ~~
+ DC/2
Monopolo simtrico
- DC/2 - DC/2
+ DC/2
~~ ~~
+ DC/2
Bipolo
- DC/2 - DC/2
+ DC/2
~~ ~~
~~ ~~
Respalda-a-Respalda (BtB)
+ DC/2
- DC/2 - DC/2
+ DC/2
~~ ~~
HVDC en BtB (Back-to-Back)
Lneas CA
Costo para estaciones convertidoras ++
Costo para lneas de transmisin -
Perdidas -
Disponibilidad -
Barra CA Barra CA 1500 MW
HVDC en BtB (Back-to-Back)
Lneas CA
Costo para estaciones convertidoras +
Costo para lneas de transmisin -
Perdidas -
Disponibilidad 0
Barra CA Barra CA 750 MW
Barra CA Barra CA 750 MW
HVDC en Monopolo
1500 MW
Costo para estaciones convertidoras +
Costo para lneas de transmisin +
Perdidas +
Disponibilidad -
HVDC en Bipolo
1500 MW
Costo para estaciones convertidoras 0
Costo para lneas de transmisin +
Perdidas +
Disponibilidad +
HVDC Multi-terminal
1500 MW 1500 MW P MW
Costo para estaciones convertidoras -
Costo para lneas de transmisin +
Perdidas +
Disponibilidad +
Flexibilidad con Multi-terminal
Fase 2
Fase 1
1500 MW 1500 MW P MW
Fase 2
Fase 1
1500 MW 1500 MW P/2 MW
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Multiterminales: SACOI, Italia
Sardinia Corsica Italia
Originalmente construido en 1967 (200 MW con vlvulas de arco de mercurio)
Derivacin de 50MW adjuntado en Corsica en 1988
Vlvulas de arco de mercurio remplazadas por vlvulas de tiristores (300 MW)
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Multiterminales: Qubec New England (QNE)
Originalmente construido en 1986 entre Des Cantons y Comerford (690 MW)
Mejorado a 2000 MW en 1990-1992, cuando tambin los terminales Radisson, Nicolet y Sandy Pond fueron adjuntados
Los terminales en Des Cantons y Comerford puestos fuera de servicio
Sigue operando como un enlace de tres terminales
ABB Group Slide 42 PowDoc id
ABB Group Slide 42 PowDoc id
Multiterminales: NorthEast Agra, India Potencia: 6000/8000*) MW Voltaje CD: + 800 kV Transmisin: 1728 km Multiterminal con tres estaciones conversoras
bipolares con lneas aereas, convertidoras de 12 pulsos conectadas en paralelo
Puesta en servicio: 2014-15 Transmisin a larga distancia
*) Sobrecarga continua
Alipurduar
3000 MW Pole 3
Pole 4
Bipole 2
400 kV
Pole 3Pole 3Pole 3
Pole 4Pole 4Pole 4
3000 MW400 kV
Biswanath Chariali
3000 MW Pole 1
Pole 2
Bipole 1
400 kV
Pole 1
Pole 2Pole 2Pole 2
Pole 1Pole 1
400 kV
Bipole 1
Agra
3000 MW 3000 MW Pole 3
Pole 4
Bipole 2
Pole 1
Pole 2
400 kV
+800 kV
-800 kV
~432 km ~1296 km BIPOLE 1 BIPOLE 2
Flexibilidad - Alternativa
Encuentro Cardones Sistema CC
Sistema CA
Expansion en etapas del sistema CA
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Equipo y Mantenimiento
Servicios al cliente de ABB
GARANTA APOYO MEJORAS Y RESTAURACIONES PARTES
Apoyo permanente para los enlaces de HVDC; Servicios al Cliente:
Tiene un ingeniero asignado a cada enlace
Se encarga de los asuntos que puedan surgir tras la puesta en servicio
Es el punto focal de concentracin de asuntos tcnicos para conectarlos dentro de la organizacin
Portafolio: Garanta Soporte tcnico Soporte remoto Mantenimiento y servicio Partes de repuesto
1954 1960 1970 1980 1990 2000
Mejoras y restauraciones Seguimiento y retroalimentacin de experiencias de operacin
Entrenamiento de personal
Seguimiento y retroalimentacin de experiencias
Nos interesan la confiabilidad y disponibilidad de las estaciones de HVDC suministradas
La meta es identificar reas en las que se pueden hacer mejoras.
Para ello, tratamos de proveer al usuario con mtodos para evaluar el rendimiento del enlace de HVDC en estos rubros
Baltic Cable, Enlace HVDC monopolar de 600 MW Conversora HVDC Clsica
L36994
Capacitores shunt
Patio CA
Approximately 80 x 180 meters
Estacin convertidora monopolar, 600 MW/450 kV DC
Lnea CA
Lnea CD
Sala de vlvulas
Transformadores convertidor
Patio CD
Filtros rmonicos
Diferencias principales
Algunos componentes no existen en sistemas de alterna
Vlvulas y su sala
Capacitores de alta tensin de CD
Algunos existen tambin en alterna, pero son diferentes en CD
Sistema de enfriamiento de las vlvulas
Sistema de control
Equipo de maniobra de CD
Reactores en aire (especialmente el de alisado)
Resistencias en filtros
En general: Hay ms equipos que en una subestacin, pero Hay menos equipos que en una planta generadora
Estacin convertidora HVDC Clsica Casi todo es equipo convencional, excepto
Transformadores convertidor
Vlvulas de tiristores
Patio CD
Sistema de enfriamiento
Vlvulas de tiristores
No existen en sistemas de alterna
Requieren inspeccin anual
Requieren mantenimiento cada dos aos
El mantenimiento se facilita con la plataforma ad-hoc, y el acceso por dentro de la vlvula.
Tienen sistema avanzado de monitoreo; por ejemplo:
Localizacin exacta de algn tiristor fallado
Deteccin de posibles fugas en el circuito de refrigeracin. An las muy pequeas
Mantenimiento: Inspecciones
Inspecciones extensivas
En caso de tiristores fallados, reemplazo
Sala de vlvulas, 500 kV HVDC
Caractersticas tpicas de una vlvula cudruple de tiristores:
-Altura: Ca 20 m
-Peso: Ca 20 toneladas
Disposicin de componentes en un piso
Mdulo de tiristores
Mdulo de tiristores de 5, seis posiciones
Thyristor
Capacitor
Resistors
TCU
Mdulo de tiristores de 5, nueve posiciones
Sistema de enfriamiento de vlvulas
Redundante
Cuenta con
Equipo para quitar iones
Equipo para quitar oxgeno disuelto
Controles y protecciones propios
Mantenimiento: Inspecciones visuales
Cambio de aceite, Lubricacin
Limpieza
Cambio de filtros
Cambio de resina cambiadora de iones
Equipo de maniobra de CD
El equipo de maniobra en CD no es diferente del de alterna
Las funciones son ligeramente diferentes
Para interrumpir / conmutar CD se necesita crear ceros Los interruptores tienen circuito resonante con capacitor, reactor, y apartarrayos
El equipo fuera de servicio se aisla con cuchillas y se conecta a tierra.
Algunas secuencias son un poco ms complicadas, pero se ejecutan automticamente
4
2
3
5
1
1. Capacitor 2. Reactor 3. Resistencia no-lineal 4. Interruptor 5. Plataforma aislada
Capacitor de CD
Consta de unidades muy parecidas a las de un banco de alterna
La resistencia interna para descarga es menor (en ohms) que en alterna
La altura del banco es mayor que en bancos equivalentes de alterna
Reactores de alisamiento y de filtros
Son muy parecido a los reactores en los compensadores estticos
La bobina del reactor de alisado es un poco mayor, pero la altura a la que se encuentre ser mucho mayor
Resistor para filtro CA
Contiene un nmero de esteras metlicas contectadas en serie
Determina la nitidez, Quality factor, de un filtro armnico
Mantenimiento en una estacin HVDC Clsica
En funcin de la potencia transmitida Mantenimiento preventivo durante transmisin a plena potencia
Mantenimiento preventivo durante transmisin reducida
Mantenimiento preventivo con estacin/equipo des-energizado
Mantenimiento correctivo
Acciones correctivas durante la operacin
Acciones correctivas con interrupcin de potencia
Planes de mantenimiento
El mantenimiento de las estaciones es bastante reducido. Se ejecuta segn un plan, ver tabla ejemplo Indisponibilidad programada de energa (Scheduled Energy Unavailability), SEU
La determinan: la tarea ms larga de mantenimiento y la cuadrilla disponible
El planeamiento normal de la SEU, de acuerdo con CIGR es de 0.5 4 %
ABB Group Slide 63 PowDoc id
Volumen de mantenimiento, Indicaciones
El volumen total de mantenimiento de una estacin convertidora depende mucho de: Arreglo del patio de maniobras Nmero de filtros/bancos de capacitores Nmero de transformadores de convertidora Voltajes CA y CD
Para una estacin bipolar se puede necesitar en promedio entre 500 y 1000 horas-hombre por ao; sin embargo
Solamente 200-250 horas-hombre sern para el equipo CD (excluyendo equipo CA y transformadores)
Dos tercios del trabajo se puede hacer durante plena operacin del enlace, y el resto del trabajo se puede hacer durante operacin a media potencia, con un diseo propio
La necesidad de especialistas es muy reducida
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Disponibilidad
Disponibilidad de un bipolo, Ejemplo
FEU= Forced Energy Unavailability (per year , of full power)
Potencia, MW FEU SEU FEU+SEUBipolo 1500 0,5% 1,0% 1,5%
Monopolo 1 0,25% 0,50% 0,75%Monopolo 2 0,25% 0,50% 0,75%
Fallas traslapadas 0,01% 1)
Fallas bipolares 0,1% 1) 0,1% 1)
SEU= Scheduled Energy Unavailability (per year , of full power)
1) (100-0,01-0,1-0,1= 99,79%), i.e.
Durante 99,79% del tiempo la capacidad de trans- ferencia para un bipolo es por lo menos 50%!
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Sistema de transmisin Itaip, Brazil: 2 x 6300 MW
60 Hz
HVAC 6300 MW
800 kV
60 Hz
HVAC 800kV
34m
50 Hz
HVDC 6300 MW
600kV
600kV
60 Hz
HVDC 600kV
34m
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ABB Group June 19, 2013 | Slide 68
Fallas en la lnea de HVDC. Mecanismo.
+Ud -Ud -Ud
+Ud
Tierra = 0 Torre = 0
Fallas en la lnea de HVDC. Mecanismo.
+Ud -Ud
Descargas directas: -- Solo si el blindaje fall.
Fallas en la lnea de HVDC. Mecanismo.
+Ud -Ud
Descargas directas: -- Solo si el blindaje fall.
An as, solo falla un polo.
Fallas en la lnea de HVDC. Mecanismo.
+Ud -Ud -Ud
+Ud
Tierra = 0
Torre desplazada
Fallas en la lnea de HVDC. Mecanismo.
+Ud -Ud -Ud
+Ud
Tierra = 0
Torre desplazada
Descargas de hasta xx kA no causan falla (Funcin de la resistencia a tierra y del LIWL de la lnea)
Fallas en la lnea de HVDC. Mecanismo.
+Ud -Ud -Ud
+Ud
Tierra = 0
Torre muy desplazada
Las descargas atmosfricas muy altas pueden causar falla en UN solo polo
Black flash-over
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Cables
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Cables HVDC Diseo trmico
Diseo trmico Tamao del conductor
Potencia de transmisin:
Corriente contnua y temporara
Parmetros de instalacin: Profundidad
Espaciamiento
Temperatura ambiental
Propiedades del suelo
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Cables HVDC: Capabilidades y limitaciones prcticas
Temperatura mxima: 70C (Cable polimrico)
50C (Cable MI)
Area mxima del conductor
Al: (por lo menos) hasta 2300 mm2
Cu: (por lo menos) hasta 2500 mm2
Cables de ABB para HVDC Polimricos o con papel impregnado en aceite (MI)
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ABB Group June 19, 2013 | Slide 79
1997 Hellsjn 10 kV, 3 MW
2000 Directlink, 354 km 80 kV, 60 MW
2009 320 kV, 1200 MW 2004
Estlink, 210 km 150 kV, 350 MW
Cables HVDC Light
2001 Murraylink, 360 km 150 kV, 220 MW
Para HVDC Light ABB ha desarollado cables triple-extruidos de bajo peso y con empalmes prefabricados, que:
Son probados, secos, confiables y rpidos de montar
No require bnker de hormign, sino solamente una cubierta de arena
Permite juntar cables con diferentes areas del conductor
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Cable HVDC Light de Murraylink (220 MW)
Voltaje nominal: 150 kV DC
Conductor: 1200/1400 mm2 Aluminio
Aislamiento: 12 mm polietileno extrudo
Pantalla: Hilos de cobre, 30 mm2
Funda: HDPE
Peso: 7.0/7.8 kg/m
Dimetro: 80.2/83.7 mm
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Voltaje nominal: 320 kV DC
Conductor: 1300 mm2 Cobre
Aislamiento: 18 mm polietileno extrudo
Pantalla metlica: 2.5 mm plomo laminado
Chaqueta interior: PE
Armado: 2x5 mm, alambre de acero
Cubierta exterior: Yute impregnado
Peso: 44 kg/m
Dimetro: 124 mm
Cable HVDC Light de DolWin 1 (800 MW)
ABB Group June 19, 2013 | Slide 82
Referencias, ABB HVDC
ABB Group Slide 83 PowDoc id
Transmisiones HVDC de ABB
Nelson River 2 CU-project Vancouver Island Pole 1
Pacific Intertie Pacific Intertie Upgrading Pacific Intertie Expansion Intermountain Blackwater Itaipu
Inga-Shaba
Cahora Bassa
Brazil-Argentina Interconnection I
English Ch. Drnrohr
Sardinia-Italy Italy-Greece
Highgate Chateauguay
Quebec New England
Skagerrak 1&2 Skagerrak 3
Konti-Skan 1&2 Baltic Cable
Fenno-Skan II
Gotland 1 Gotland 2 Gotland 3
Kontek SwePol
Chandrapur- Padghe
Rihand-Delhi
Vindhyachal
Sakuma
Gezhouba - Shanghai Three Gorges Guangdong
Leyte-Luzon Broken Hill New Zealand 1 New Zealand 2
Three Gorges - Changzhou
Brazil-Argentina Interconnection II
Gotland
Murraylink Directlink
Cross Sound Cable
Eagle Pass
Tjreborg
Hllsjn
Rapid City DC Tie
Vizag II
Troll A,1-4 Estlink
NorNed
Railroad DC Tie
Sapei
Valhall
Three Gorges Shanghai
En construccin
HVDC Light
Outaouais
BorWin 1
Caprivi Link
Fenno-Skan
Xiangjiaba - Shanghai EWIP
Rio Madeira
DolWin 1
NordBalt
North East-Agra
Skagerrak 4
JinPing-SuNan
DolWin 2
Mackinac
LitPol
land-Finland
Railroad DC Tie Expansion
Oklaunion
Rio Madeira BtB
ABB Group June 19, 2013 | Slide 84
Referencias, ABB HVDC
Tecnologa Clsica
ABB Group June 19, 2013 | Slide 85
Itaip, Brazil
Potencia: 2x3150 MW Voltaje DC: + 600 kV Transmisin: 785 + 805 km Bipolos con lineas aereas Puesta en servicio: 1984-87 Transmisin a larga distancia
(+ redes asncronas)
ABB Group June 19, 2013 | Slide 86
Rio Madeira, Brazil
Potencia: 3150 (+ 2x400) MW Voltaje DC: + 600 kV Transmisin: 2500 km Bipolo con lineas aereas (+ dos BtBs) Puesta en servicio: 2012 Transmisin a larga distancia (+
redes asncronas)
ABB Group June 19, 2013 | Slide 87
Three Gorges Guangdong, China
Potencia: 3000 MW Voltaje DC: + 500 kV Transmisin: 940 km Bipolo con lineas aereas Puesta en servicio: 2004 Transmisin de potencia en
masa, Estabilidad
ABB Group Slide 88 PowDoc id
Xiangjiaba Shanghai, China Potencia: 6400 MW Voltaje DC: + 800 kV Transmisin: 2070 km Bipolo con lineas aereas Puesta en servicio: 2010 Transmisin de potencia en masa,
Estabilidad
ABB Group Slide 89 PowDoc id
Northeast-Agra, India
Potencia: 6000 MW (+33% sobrecarga) Voltaje DC: + 800 kV Transmisin: 1700 km Multiterminal bipolar con lineas aereas Puesta en servicio: 2013-16 Transmisin de potencia en masa
Pole 1
Pole 2
Bipole 1
Pole 3
Pole 4
Bipole 2Agra
Pole 1
Pole 2
Bipole 1
Pole 3
Pole 4
Bipole 2AlipurduarBiswanathChariali
3000 MW3000 MW 3000 MW 3000 MW
400 kV400 kV400 kV
+800 kV
~432 km ~1296 km
-800 kV
~ 900 m
~ 530 m
With space for future expansion
~ 900 m
~ 530 m
With space for future expansion
ABB Group Slide 90 PowDoc id
JinPing-SunNan, China
Potencia: 7200 MW (+400 MW de sobrecarga)
Voltaje DC: + 800 kV Transmisin: 2090 km Bipolo con lineas aereas Puesta en servicio: 2013 Transmisin de potencia en masa
DC filter
DC filter
+800 kV
-800 kV
ABB Group Slide 91 PowDoc id
Fennoskan, Suecia-Finlanda
Potencia: 500 + 800 MW Voltaje DC: 400 y 500 kV Transmisin: 200 km (cable submarino) +
33/70 km (lineas aereas) Bipolo Puesta en servicio: 1989 y 2011 Distancia con cable submarino
ABB Group June 19, 2013 | Slide 92
Referencias, ABB HVDC
Tecnologa Light
ABB Group January 7, 2009 | Slide 93
Maduracin de HVDC Light
1) 3MW,10kV, 10 km
2) 50MW, 80 kV, 70 km
3) 7MW, 10kV, 9 km
4) 3 x 60MW, 80kV, 65 km
5) 330MW, 150kV, 40 km
6) 200MW, 150kV, 180 km
1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006
1) Hellsjn Start of ABB VSC Development
2) Gotland 3) Tjreborg
4) Directlink 5) Cross Sound
6) Murraylink 7) Troll A, 1-2
8) Estlink 9) Valhall
2008
8) 350MW, 150kV, 110 km
7) 2 x 42MW, 60kV, 70 km
10) BorWin 1
2010
11) Caprivi Link 12) East-West Interconnector
9) 78MW,150kV, 290 km
11) 300MW, 150kV, 970 km
10) 400MW, 150kV, 200 km
2012
12) 500MW, 200kV, 256 km
13) DolWin1
13) 800MW, 320kV, 165 km
15) Skagerrak 4 16) DolWin 2 17) Troll A, 3-4
14) NordBalt
18) Mackinac 19) land-Finland
ABB Group June 19, 2013 | Slide 94
Murraylink HVDC Light, Australia
Potencia: 200 MW Voltaje DC: +150 kV Transmisin: 180 km
(dos cables subterrneos) Puesta en servicio: 2002 Transmisin mercantil
ABB Group June 19, 2013 | Slide 95
BorWin1 HVDC Light, Alemania
22 m
Potencia: 400 MW Voltaje DC: 150 kV Transmisin: 203 km
2 x 75 km cables subterraneos 2 x 128 km cables submarinos
Puesta en servicio: 2009 Conexin de un parque elico.
ABB Group June 19, 2013 | Slide 96
BorWin1 HVDC Light, Alemania Plataforma y Mdulo HVDC Light
Parte superior (Topside): Peso: ~3000 toneladas (Equipo ABB: 800 toneladas) Tamao: ~50 x 33,5 x 22 m
Parte inferior (Jacket): Peso: ~1500 toneladas
ABB Group Slide 97 PowDoc id
DolWin 2 HVDC Light, Alemania
Potencia: 900 MW Voltaje DC: 320 kV Transmisin: 165 km
2 x 90 km cables subterraneos 2 x 45 km cables submarinos
Puesta en servicio: 2015 Conexin de parques elicos
ABB Group Slide 98 PowDoc id
Caprivi Link Interconnector, Namibia
Potencia: 300 MW (Fase 1) 2x300 MW (Fase 2)
Voltaje DC: 350 kV Transmisin: 970 km (lineas aereas) Puesta en servicio: 2010 (Fase 1) Transmision larga interconectando redes
dbiles
HVDC Line 970 km
400 kV AC
Gerus Converter station
HVDC Line 970 km Zambezi Converter station 350 kV DC
AC Filter
Electrode Lines 25 km each
AC Filter
350 kV DC +
-
AC Filter
AC Filter
330 kV AC
ABB Group Slide 99 PowDoc id
HVDC Light: Skagerrak 4, Noruega - Dinamarca
Potencia: 700 MW Voltaje DC: +/0 500 kV (monopolo) Transmisin: 140 km
2 x 104 km cables subterraneos 2 x 140 km cables submarinos
Puesta en servicio: 2014 Longitud de cables, redes asncronas,
caracteristicas de HVDC Light
ABB Group June 19, 2013 | Slide 100
Interruptor de Alta Tensn en CD
Interruptor de Corriente Continua de Alta Tensin ABB resuelve el dilema AC DC
ABB Group June 19, 2013 | Slide 101
HVDC Breaker Requerimientos de una red de Alta Tensin en CD
Fault clearance
Breaking current Breaking time
Fault
VSC
DC Yard
La baja impedancia caracterizada por un red CD con cables resulta en una penetracin de fallas rpida y profunda
El aislamiento rpido de las partes falladas mantiene la tensin a niveles razonables para mantener la operacin de las estaciones de conversin
Interruptores de Alta Tensin en CD, con tiempos de interrupcin en el rango de
ABB Group Slide 103 11U0333 Rev.00
Interruptor de Alta Tensin CD Hbrido Diseo principal
El desconectador ultra-rpido ms el conmutador electrnico de carga, que conforman la ruta de la corriente, tiene una cada de tensin pequea
Diseo modular del Interruptor principal para escalabilidad y limitacin del corriente
Pararrayos protegen el Interruptor y absorben la energa inductiva
Una vez que la falla se despeja, la desconexin del interruptor de corriente residual aisla los bancos de pararrayos
Medicin rpida de corriente para el control interno y la proteccin
Current Limiting
Reactor
Load Commutation Switch
Main Breaker
Ultrafast Disconnector
Hybrid HVDC Breaker
Residual DC Current
Breaker
ABB Group Slide 104 11U0333 Rev.00
Interruptor de Alta Tensin CD Hbrido Caracteristicas principales
Prdidas de transferencia muy bajas en la rama principal,
Interruptor de Alta Tensin CD Hbrido Conclusiones
El interruptor HVDC hbrido ofrece una solucin tcnica atractiva para lograr
Bajas prdidas
Interrupcin rpida
Soluciones escalables de alto voltaje
Limitacin de corriente de falla
Eso permitir la futura construccin econmica de redes HVDC
ABB Group June 19, 2013 | Slide 105
ABB Group June 19, 2013 | Slide 106