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