Minuta DOp Nº 04/2016

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1 Minuta DOp Nº 04/2016 ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DEL SIC AL NORTE DE S/E CARDONES CON LA ENTRADA EN SERVICIO DEL SEGUNDO CIRCUITO DE LA LÍNEA 2X220 kv CARDONES DIEGO DE ALMAGRO Junio 2016

2 Índice 1 INTRODUCCIÓN ANTECEDENTES CRITERIOS DE OPERACIÓN DEL ENLACE 220 KV CARDONES DIEGO DE ALMAGRO ANÁLISIS DE LA OPERACIÓN DEL ENLACE 220 KV CARDONES DIEGO DE ALMAGRO CONCLUSIONES ANEXOS Minuta DOp Nº04/2016 2

3 1 Introducción Esta minuta resume las condiciones de operación del sistema de transmisión troncal del SIC entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro, con la entrada en servicio del segundo circuito de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro de propiedad de la empresa Eletrans, sin seccionamiento en S/E Carrera Pinto, en presencia de alta generación ERNC conectada al norte de S/E Cardones. 2 Antecedentes Las capacidades de transmisión nominales de las líneas troncales entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro son las siguientes: Tabla Nº1: Capacidades de transmisión de líneas troncales entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro Línea Capacidad térmica con efecto sol [MVA] Capacidad de sobrecarga de corta duración con efecto sol [MVA] (*) Capacidad por TT/CC [MVA] 20 C 25 C 30 C 20 C 25 C 30 C (**) Cardones San Andrés 224,1 197,4 166,1 239,3 210,7 176,4 274,4 San Andrés Carrera Pinto 224,1 197,4 166,1 239,3 210,7 176,4 274,4 Carrera Pinto Diego de Almagro 224,1 197,4 166,1 239,3 210,7 176,4 274,4 Cardones Diego de Almagro C1 360,1 342,7 324,2 441,8 418,7 394,3 365,8 Cardones Diego de Almagro C2 360,1 342,7 324,2 441,8 418,7 394,3 365,8 (*) Considerando una sobrecarga admisible durante 15 minutos. (**) Considerando una sobrecarga del 20% sobre su corriente nominal. 3 Criterios de operación del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro En esta minuta se analiza la incorporación al SIC del segundo circuito de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro, el cual por el momento, al igual que el primer circuito de esta línea, no considera el seccionamiento en S/E Carrera Pinto. Al respecto, cabe señalar que el tramo troncal entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro deberá ser operado con la aplicación del criterio N 1, según lo establece el artículo 5 7 de la NTSyCS. Cabe destacar que la línea 220 kv Cardones San Andrés es la que impone las mayores restricciones de transmisión en el sentido norte sur en presencia de alta generación fotovoltaica, debido no solamente a su menor capacidad de transmisión respecto de los circuitos de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro, sino además por las inyecciones de generación de las centrales fotovoltaicas San Andrés, Luz del Norte y Carrera Pinto Solar. En este sentido, es importante destacar que al operar ambos circuitos de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro enmallados con las líneas 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto, Carrera Pinto San Andrés y San Andrés Cardones, la línea 220 kv Cardones San Andrés en un escenario con alta generación fotovoltaica puede alcanzar una transferencia cercana a la mitad del flujo de carga total del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro. Minuta DOp Nº04/2016 3

4 Tomando en consideración lo señalado en el párrafo anterior, el desequilibrio de los flujos de carga del enlace troncal entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro provoca que la capacidad de sobrecarga de corta duración de la línea 220 kv Cardones San Andrés se vea reducida respecto del caso de circuitos paralelos de similares características. De esta manera, la figura siguiente muestra la capacidad de sobrecarga de corta duración obtenida para esta línea en función de la temperatura, para períodos de 15 y 10 minutos 1 : Figura Nº1: Capacidad de Sobrecarga de Corta Duración de la línea 220 kv Cardones San Andrés (15 y 10 minutos), a tensión nominal. Escenario de operación con ambos circuitos de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro enmallados con las líneas 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto, Carrera Pinto San Andrés y San Andrés Cardones. MVA ºC En función de lo anterior, y haciendo referencia a lo señalado en el Título 5 6 de la NTSyCS, la figura Nº2 muestra las limitaciones con criterio N 1 por sobrecargas de corta duración del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro, para un período de 15 y 10 minutos. De los valores graficados, se desprende a modo referencial que, para una condición con sol y 25ºC de temperatura ambiente, la limitación de operación de este enlace troncal para una sobrecarga de corta duración de 15 minutos alcanza del orden de los 320 MVA a tensión nominal. En el caso de una sobrecarga de corta duración de 10 minutos, la limitación es del orden de los 330 MVA a tensión nominal. Cabe hacer presente que la temperatura ambiente relevante para este análisis corresponde al mayor valor medido entre las SS/EE Cardones y San Andrés. 1 Tiempo establecido como período de sobrecarga de corta duración aceptable para este enlace (Ref.: carta DO Nº108/2016 del ). Minuta DOp Nº04/2016 4

5 Figura Nº2: Limitaciones con Criterio N 1 por Sobrecargas de Corta Duración del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro, a tensión nominal. Escenario de operación con ambos circuitos de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro enmallados con las líneas 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto, Carrera Pinto San Andrés y San Andrés Cardones. MVA ºC En cuanto a las limitaciones por sobrecargas de corta duración del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro para los casos en que alguna de las líneas 220 kv de Transelec entre Diego de Almagro y Cardones se encuentre desconectada, la figura siguiente resume los valores con criterio N 1 para períodos de corta duración de 15 y 10 minutos de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones: Minuta DOp Nº04/2016 5

6 Figura Nº3: Limitaciones con Criterio N 1 por Sobrecargas de Corta Duración del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro, a tensión nominal. Escenario de operación con alguna de las líneas 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto, Carrera Pinto San Andrés y/o San Andrés Cardones desconectada. MVA ºC Lo mostrado en la figura Nº3 corresponde al caso en que se encuentran enmallados sólo los circuitos de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones, estando las inyecciones de generación de las centrales fotovoltaicas San Andrés, Luz del Norte y Carrera Pinto Solar ya sea hacia la S/E Cardones o hacia la S/E Diego de Almagro. En el caso que las líneas 220 kv San Andrés Cardones y Carrera Pinto San Andrés se encuentren operando en forma radial hacia S/E Cardones, se podría maximizar el flujo por la línea 220 kv San Andrés Cardones hasta su nivel N. De todas formas, la figura Nº3 considera limitaciones derivadas exclusivamente de la capacidad de transmisión de los conductores de la línea 2x220 kv de propiedad de Eletrans, sin perjuicio de la factibilidad operacional de alcanzar dichos valores a consecuencia de otros factores, como por ejemplo restricciones de transmisión por sus elementos serie o por congestiones que se podrían activar al sur de S/E Cardones. En efecto, como se muestra en la Tabla Nº1, los TT/CC de los circuitos de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones imponen una capacidad de transmisión de 365,8 MVA a tensión nominal, más restrictiva que las limitaciones térmicas de sus conductores por capacidad de sobrecarga de corta duración para un período de 15 minutos en todo el rango de temperaturas analizadas. Minuta DOp Nº04/2016 6

7 4 Análisis de la operación del enlace 220 kv Cardones Diego de Almagro De acuerdo con este análisis, el impacto sistémico de operar el SIC al norte de S/E Cardones con criterio N 1 debe considerar la supervisión de los efectos en la regulación de tensión en presencia de alta generación fotovoltaica. En este sentido, se analiza un escenario representativo de la operación del SIC al norte de S/E Cardones con criterio N 1 ajustado a 10 minutos 2, para una condición con sol y 25ºC de temperatura ambiente, distinguiendo de la operación topológica normal esperada (todas las líneas troncales en servicio entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro), la posibilidad de operar con alguna de las líneas de propiedad de Transelec fuera de servicio (por trabajos de refuerzo de sus conductores programados para los próximos meses, o bien para maximizar las inyecciones en S/E Cardones). Para estos efectos, se analizan los siguientes casos topológicos y contingencias simples: Caso A: Todas las líneas troncales en servicio entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro. Caso B: Línea 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto desconectada. Caso C: Línea 220 kv Carrera Pinto San Andrés desconectada. Caso D: Línea 220 kv San Andrés Cardones desconectada. Contingencia 1: Circuito 1 de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones. Contingencia 2: Línea 220 kv San Andrés Cardones. Contingencia 3: SVC Plus. Dichos casos topológicos requieren la aplicación de una prorrata de distribución de la generación ERNC conectada al norte de S/E Cardones, debido a las limitaciones impuestas por los conductores de las líneas troncales y/o TT/CC. La tabla siguiente resume lo anterior, para una condición con sol y 25ºC de temperatura ambiente: 2 Considerando, si corresponde, la restricción impuesta por los TT/CC. Minuta DOp Nº04/2016 7

8 Tabla Nº2: Operación del SIC al norte de S/E Cardones con criterio N 1 ajustado a 10 minutos y alta generación ERNC Casos A, B, C y D Caso A Desde Hasta Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro Carrera Pinto Transferencias (MVA) Carrera Pinto San Andrés San Andrés Cardones Diego de Almagro Cardones Caso A Subestación Barra Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro 220 kv 1,03 1,02 1,02 1,04 Diego de Almagro 110 kv 1,00 1,00 1,00 1,02 Salvador 110 kv 0,98 0,98 0,97 1,00 Tensiones (p.u.) Paposo 220 kv 1,05 1,05 1,05 1,07 PE Taltal 220 kv 1,05 1,05 1,05 1,07 Carrera Pinto 220 kv 1,03 1,03 1,03 1,04 San Andrés 220 kv 1,03 1,02 1,04 1,03 Cardones 220 kv 1,02 1,02 1,02 1,03 Caso B Desde Hasta Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro Carrera Pinto Transferencias (MVA) Carrera Pinto San Andrés San Andrés Cardones Diego de Almagro Cardones Caso B Subestación Barra Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro 220 kv 1,02 1,00 1,02 1,04 Diego de Almagro 110 kv 1,00 0,98 1,00 1,01 Salvador 110 kv 0,98 0,96 0,98 0,99 Tensiones (p.u.) Paposo 220 kv 1,06 1,03 1,06 1,07 PE Taltal 220 kv 1,06 1,03 1,06 1,07 Carrera Pinto 220 kv 1,04 1,02 0,00 1,04 San Andrés 220 kv 1,03 1,01 0,00 1,03 Cardones 220 kv 1,02 1,00 1,02 1,02 Caso C Desde Hasta Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro Carrera Pinto Transferencias (MVA) Carrera Pinto San Andrés San Andrés Cardones Diego de Almagro Cardones Caso C Subestación Barra Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro 220 kv 1,02 1,01 1,02 1,04 Diego de Almagro 110 kv 1,00 0,98 1,00 1,01 Salvador 110 kv 0,97 0,95 0,97 0,99 Tensiones (p.u.) Paposo 220 kv 1,05 1,03 1,05 1,07 PE Taltal 220 kv 1,05 1,03 1,05 1,07 Carrera Pinto 220 kv 1,04 1,02 1,04 1,06 San Andrés 220 kv 1,02 1,01 0,00 1,03 Cardones 220 kv 1,02 1,01 1,02 1,03 Caso D Desde Hasta Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro Carrera Pinto Transferencias (MVA) Carrera Pinto San Andrés San Andrés Cardones Diego de Almagro Cardones Caso D Subestación Barra Caso Base Contingencia 1 Contingencia 2 Contingencia 3 Diego de Almagro 220 kv 1,02 1,01 1,04 Diego de Almagro 110 kv 1,00 0,98 1,02 Salvador 110 kv 0,98 0,96 0,99 Tensiones (p.u.) Paposo 220 kv 1,05 1,03 1,07 PE Taltal 220 kv 1,05 1,03 1,07 Carrera Pinto 220 kv 1,04 1,02 1,06 San Andrés 220 kv 1,05 1,03 1,06 Cardones 220 kv 1,02 1,00 1,02 Minuta DOp Nº04/2016 8

9 La contingencia del equipo SVC Plus resulta ser la que compromete los estándares del sistema de transmisión, por las sobretensiones presentes al límite de la operación en estado de alerta. Para ello, se requiere mantener un margen de seguridad de potencia reactiva en la zona de Diego de Almagro a través de los parques ERNC, por medio de la absorción de potencia reactiva en estado normal con un factor de potencia capacitivo, según lo establecido en el artículo 3 8 de la NTSyCS, de manera tal de limitar la absorción del equipo SVC Plus. Para los casos topológicos analizados, el equipo SVC Plus se encontraba absorbiendo un máximo de potencia reactiva del orden de 20 MVAr en el caso topológico A y el orden de 10 MVAr en los casos topológicos B, C y D, permitiendo que en sus respectivas post contingencia las tensiones del sistema de transmisión no superen el límite de operación en estado de alerta. Desde el punto de vista dinámico, las contingencias analizadas no comprometen la seguridad del SIC, cumpliendo con un margen de seguridad adecuado en la estabilidad sincrónica de los generadores, factores de amortiguamiento de las oscilaciones de potencia activa de líneas de transmisión y niveles de tensión en las barras del sistema (ver Anexos). 5 Conclusiones Esta minuta ha presentado un análisis para las condiciones de operación del sistema de transmisión troncal del SIC entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro, para transferencias en el sentido norte sur, con la entrada en servicio del segundo circuito de la línea 2x220 kv Cardones Diego de Almagro de propiedad de la empresa Eletrans, en presencia de alta generación ERNC conectada al norte de S/E Cardones. Se determinaron las limitaciones de las transferencias norte sur para el caso de todo enmallado por sobrecargas de corta duración al aplicar el criterio N 1 ajustado a 15 minutos, según lo establece el artículo 5 7 de la NTSyCS, obteniendo para el caso de una condición con sol y 25ºC de temperatura ambiente un valor del orden de 320 MVA a tensión nominal. A su vez, para un período de corta duración de 10 minutos se obtuvieron limitaciones de las transferencias norte sur por sobrecargas de corta duración, obteniendo para el caso de una condición con sol y 25ºC de temperatura ambiente un valor del orden de 330 MVA a tensión nominal. Al evaluar las alternativas topológicas que permiten maximizar las transferencias hacia S/E Cardones desde el norte, se analizaron los casos con alguna línea 220 kv de Transelec desconectada (Diego de Almagro Carrera Pinto, Carrera Pinto San Andrés o San Andrés Cardones), se obtuvo que al operar desconectada la línea 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto la inyección conjunta en S/E Cardones podría alcanzar hasta los 563 MVA (referido a tensión nominal y condición con sol a 25ºC de temperatura ambiente), tomando como referencia la capacidad nominal de la línea San Andrés Cardones (dependiente de las condiciones ambientales), y la capacidad de sobrecarga nominal de los TT/CC de los circuitos de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones (independiente de las condiciones ambientales). Lo anterior, sin perjuicio de eventuales limitaciones impuestas por restricciones de transmisión que pudiesen existir en el sistema troncal al sur de S/E Maitencillo. Minuta DOp Nº04/2016 9

10 Adicionalmente, frente al aumento en el nivel de transferencias norte sur hacia S/E Cardones, se requiere regular las tensiones de la zona de Diego de Almagro por medio del monto de absorción de potencia reactiva del equipo SVC Plus, dado que esta instalación es la que realiza el control dinámico de la tensión en dicha zona. Los resultados analizados indican que este equipo debiese absorber un máximo del orden de 20 MVAr para una topología con tres vínculos entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro, y del orden de 10 MVAr en los casos en que alguna línea de propiedad de Transelec se encuentre desconectada. Para estos efectos, se debe recurrir a la participación de los recursos de generación ERNC en la regulación de tensión de la zona, por medio de la absorción de potencia reactiva en estado normal con un factor de potencia que podría llegar hasta 0,95 capacitivo, según lo expuesto en el artículo 3 8 de la NTSyCS. Minuta DOp Nº04/

11 6 Anexos Respuesta dinámica por falla 2FT en el circuito 1 de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones. Escenario con todas las líneas troncales en servicio entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro, limitación N 1 ajustada a 10 minutos. MW por Líneas de Transmisión Tensiones en Barras Generación MW de Central Guacolda Generación MW de Centrales ERNC al Norte de Cardones Minuta DOp Nº04/

12 Respuesta dinámica por falla 2FT en el circuito 1 de la línea 2x220 kv Diego de Almagro Cardones. Escenario con la línea 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto desconectada (limitación TT/CC de circuitos de línea Eletrans). MW por Líneas de Transmisión Tensiones en Barras Generación MW de Central Guacolda Generación MW de Centrales ERNC al Norte de Cardones Minuta DOp Nº04/

13 Respuesta dinámica por falla 2FT en la línea 220 kv San Andrés Cardones. Escenario con todas las líneas troncales en servicio entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro, limitación N 1 ajustada a 10 minutos. MW por Líneas de Transmisión Tensiones en Barras Generación MW de Central Guacolda Generación MW de Centrales ERNC al Norte de Cardones Minuta DOp Nº04/

14 Respuesta dinámica por falla 2FT en la línea 220 kv San Andrés Cardones. Escenario con la línea 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto desconectada (limitación TT/CC de circuitos de línea Eletrans). MW por Líneas de Transmisión Tensiones en Barras Generación MW de Central Guacolda Generación MW de Centrales ERNC al Norte de Cardones Minuta DOp Nº04/

15 Respuesta dinámica por falla 2FT en el equipo SVC Plus de S/E Diego de Almagro. Escenario con todas las líneas troncales en servicio entre las SS/EE Cardones y Diego de Almagro, limitación N 1 ajustada a 10 minutos. MW por Líneas de Transmisión Tensiones en Barras Generación MW de Central Guacolda Generación MW de Centrales ERNC al Norte de Cardones Minuta DOp Nº04/

16 Respuesta dinámica por falla 2FT en el equipo SVC Plus de S/E Diego de Almagro. Escenario con la línea 220 kv Diego de Almagro Carrera Pinto desconectada (limitación TT/CC de circuitos de línea Eletrans). MW por Líneas de Transmisión Tensiones en Barras Generación MW de Central Guacolda Generación MW de Centrales ERNC al Norte de Cardones Minuta DOp Nº04/