Compensadores Flexibles de Potencia Reactiva

Transcripción

1 Compensadores Flexibles de Potencia Reactiva

2 Introducción breve de la tecnología SCSR / MCSR Noviembre 2015 SKRM 2

3 Sistema CSR una solución flexible muy eficiente El Sistema CSR (SCSR), que esta basado en un reactor controlado magnéticamente (MCSR) es una solución muy flexible, eficiente, y está ganando rápida aceptación El MCSR es una solución única que ofrece ventajas substanciales en el área de la administración flexible de la potencia reactiva en sistemas eléctricos AC El MCSR ayuda a resolver un amplio rango de problemas en el sector eléctrico de manera eficiente y a un costo atractivo MCSR 180 Mvar 330 kv para BELENERGO SS «Baranovichi» (Belarus) Noviembre 2015 SKRM 3

4 Principio de operación del MCSR El núcleo magnético del MCSR dentro de la bobina primaria (PW) está equipado con una bobina de control (CW). I PW Ψ PW ~ Ψ CW 1) Cuando el bobinado primario esta conectado a la red, aparece un flujo magnetico Ψ PW dentro del nucleo magnetico, que es inducido por la corriente sin carga I PW en el bobinado principal 2) Cuando se aplica la corriente directamente al bobinado de control, aparece flujo magnetico directo adicional Ψ CW en el nucleo magnético 3) El flujo magnetico agregado incrementa: Ψ Σ = Ψ MW +Ψ CW 4) Cuando el flujo magnetico alcanza la zona de saturacion tecnica del nucleo, debido al flujo magnetico adicional inducido por el bobinado, se produce un incremento dramatico de la corriente en el bobinado principal U PW ~ U CW Ψ Ψ CW Ψ Σ Ψ PW I I PW I Noviembre 2015 SKRM 4

5 Diagrama eléctrico completo del SCSR (ejemplo) Noviembre 2015 SKRM 5

6 Composición del Sistema SCSR Rectificador Semiconductor alimentado por un transformador pequeño Filtros de armónicos Parte Electromagnética (MCSR) Noviembre 2015 SKRM 6

7 Tecnología MCSR / SCSR gana acepción rápidamente A partir del 1998 hasta presente fueron ejecutados mas que 90 proyectos con tecnología MCSR en Rusia, Kazajstán y otros países. Todos los proyectos fueron exitosos. Proyectos SCSR / MCSR ejecutados durante Noviembre 2015 SKRM 7

8 Tipos de SCSR / MCSR Noviembre 2015 SKRM 8

9 Tipos de SCSR / MCSR La tecnología SCSR ofrece mucha flexibilidad. Hay varias opciones para seleccionar soluciones bien customisadas para diferentes tareas o circunstancias: - los reactores pueden ser monofásicos o trifásicos - los Sistemas CSR y MCSR pueden ser controlados por fase o en modo simétrico - el SCSR puede ser distribuido: reactores (MCSR) y bancos de capacitores conectados a diferentes barras de la subestación - puede diseñarse para cualquier nivel de voltaje - el SCSR puede ser diseñado con bancos de capacitores conmutables o no conmutables - los bancos de capacitores pueden conectarse en paralelo con el MCSR o al secundario de la parte electromagnética (MCSR), o una conexión mixta - instalados en las barras y en la línea - etc. Noviembre 2015 SKRM 9

10 Tipos de SCSR: monofásicos y trifásicos, para varios niveles de voltaje 3 MCSR monofásicos de 60 Mvar 500 kv SE «Tavricheskaya» (Russia) MCSR trifásico de 180 Mvar 500 kv SE «Agadyr» (Kazahstan) Los SCSR / MCSR pueden diseñarse para cualquier nivel de voltaje, con reactores monofásicos y trifásicos. El control del SCSR puede ser por fase o simétrico. Diciembre 2014 SKRM 10

11 Diagramas unifilares típicos del Sistema CSR Los capacitores pueden conectarse directamente a las barras de alta tensión, en paralelo con el reactor o al devanado secundario del MCSR. Los Sistemas CSR pueden diseñarse con bancos de capacitores que se conmutan o con la parte capacitiva no conmutable. Dicimbre 2014 SKRM 11

12 Variedad de esquemas de SCSR Sistema CSR 6 35 kv SCSR típico SCSR sin conmutaciones Arc-supresión MCSR SCSR de tipo combinado Balancing SCSR Noviembre 2015 SKRM 12

13 MCSR de línea Energización del MCSR (dinámicas de voltaje y la corriente del MCSR): SCSR gana 100% de capacidad instantáneamente y después ajusta suavemente para estabilizar el voltaje al nivel referido Tiempo de estabilización (dentro Uref ± 5%) es menor que 100 ms Con tal característica los MCSR pueden conectarse a la línea, no solo a las barras Noviembre 2015 SKRM 13

14 MCSR de línea Noviembre 2015 SKRM 14

15 Problemas con voltaje en líneas largas 553, U kv 400 km 3xAC 300/ km 3xAC 300/66 Un ejemplo de línea larga de 500 kv: Xcc de los sistemas cercanas y la resistencia activa de los conductores son iguales a Q Mvar 423, ,7 l l Problema: Sin compensación de potencia reactiva, la tensión en el punto central de la línea larga en régimen en vacío o con cargas bajas y regímenes de sincronización superan la tensión nominal en mas de 10,6% Noviembre 2015 SKRM 15

16 Efectos de reactancias fijas en derivación U kv 400 km 3xAC 300/ Mvar 400 km 3xAC 300/ Mvar La conexión de los reactores fijos lleva a la reducción de la tensión en el punto central y a la reducción del flujo de la potencia reactiva a los sistemas cercanas. 515, ,2 183, ,7-222,2 Q Mvar l l La instalación de dos reactores de 180 Mvar resulta en la desviación de la tensión nominal menos de 0,6% y en la reducción de flujos de potencia reactiva en 1,91 veces. Noviembre 2015 SKRM 16

17 Característica angular y perfil de tensión durante carga máxima P, MW 1144 Sin reactores Con reactores Los reactores fijos: ,2 835,2 limitan las sobretensiones durante el régimen de vacío o carga mínima, pero δ U, kv Sin reactores Con reactores l reducen los limites de la potencia transmisible (por 10% en este ejemplo), y -495,5 Pmax=915,2 resultan en una reducción de voltaje -451,8 Pmax=835,2 Pmax=0,8 Plim Noviembre 2015 SKRM 17

18 Introducción en el esquema de un Compensador Estático flexible de Reactivos (CER) CER La estabilización de la tensión en el escenario con reactores fijos se puede alcanzar con la instalación en las barras de la subestación de un Compensador Estático de Reactivos (CER) con un rango capacitivo correspondiente (por ejemplo, de tipo SVC o de tipo SCSR). Noviembre 2015 SKRM 18

19 Características angulares y regímenes de cargas máximas de línea con CER La instalación del CER proporciona estabilización de tensión y aumento del limite de potencia transferible hasta 2 veces. Pero, por la existencia de reactores fijos se necesita de una gran potencia capacitiva del CER. P, MVA ,2-j12,6 500 kv 915,2+j12,6 3xAC 300/66 3xAC 300/66 con CER -j180 -j180 sin CER CER +j385, j kv 0-j201 3xAC 300/66 3xAC 300/66 -j180 -j180 δ CER -j42 Noviembre 2015 SKRM 19

20 Mejoramiento de esquema: reemplazo de reactores fijos de línea con MCSR de línea CER La estabilización de tensión se puede proporcionar con el cambio de los reactores fijos por reactores controlados instalados en la línea. En este caso, el CER no es necesario. Como resultado, la cantidad de equipos de compensación y su potencia sumada se reducen, y como secuencia el costo de inversión. Noviembre 2015 SKRM 20

21 Características angulares y característica V-I de SCSR La característica angular de línea con MCSR es casi igual a la de línea sin equipos de compensación. La característica angular de línea con CER de barra y de la con MCSR de línea es igual 2067 P, MVA con MCSR de línea 1144 sin CER δ Noviembre 2015 SKRM 21

22 Régimen de línea en vacío con MCSR de línea 500 kv 0+j ,1 kv 0-j kv 3xAC 300/66 3xAC 300/66 MCSR de línea con control de corriente: I=const -j182 -j kv 0+j kv 0-j201 3xAC 300/66 3xAC 300/66 -j201 -j kv MCSR de línea en régimen de control de voltaje pueden asegurar la tensión nominal (U=500 кv), utilizando su capacidad de sobrecarga Noviembre 2015 SKRM 22

23 Régimen de carga máxima con MCSR de línea 500 kv 915,2-j0 495,5 kv 915,2+j0 3xAC 300/66 3xAC 300/ kv Línea con MCSR de línea Q=0 Q=0 500 kv 915,2-j12,6 500 kv 915,2+j12,6 3xAC 300/66 3xAC 300/66 +j12,6 +j12,6 500 kv Para sostener la tensión nominal de 500 kv se necesita solamente 25,3 Mvar, lo que se proporciona por la potencia reactiva emitida por los filtros harmónicos de MCSR (típicamente 5-10% de capacidad de MCSR) Noviembre 2015 SKRM 23

24 MCSR de línea: ejemplos de instalaciones Noviembre 2015 SKRM 24

25 Sistema Norte de Angola 160/ 600 MW ~300 km 220 kv 400 kv ~200 МVAr Se construyó una línea de transmisión de 400KV, de cerca de 300 km de longitud con una capacidad natural de mas de 600 MW La línea trabajaba con una carga menor que su capacidad natural y generaba una potencia reactiva excesiva, de hasta 200 MVAr, que pasaba por los generadores de la UHE Capanda y también resultaba en un voltaje elevado en la SE Viana. Noviembre 2015 SKRM 25

26 Solución para LT 400 kv Capanda - Viana Viana Lucala Capanda SCSR 100 MVAr 400 kv SCSR 100 MVAr 400 kv La solución presentada garantiza: Un aceptable perfil de tensión a lo largo de la línea. En el caso de rechazo de carga total, tanto la LT 400KV así como el sistema adjunto de 200 KV permanecen conectados Noviembre 2015 SKRM 26

27 Estabilización de voltaje, un ejemplo Umax = 408,2 kv Umin = 388,6 kv Imax = 127,1 A Imin = 2,6 A SS Viana waveform A1N1EY80 from ER Cronograma de 24 horas de operación del SCSR en Viana. Alterando su potencia el SCSR estabiliza la tensión en las barras de 400 kv dentro del rango establecido de forma muy precisa. Noviembre 2015 SKRM 27

28 Desempeño durante fallas en el sistema Umax = 400 kv Umin = kv Imax = 74.4 A Imin = 3.6 A SS Viana waveform A1N1LBT1 from ER Un ejemplo de comportamiento dinámico del SCSR, mostrando su respuesta paramétrica y la calidad de estabilización de voltaje posterior a la falla. Noviembre 2015 SKRM 28

29 Proyecto Moyobamba - Iquitos Línea de transmisión Moyobamba Iquitos: kv; km. Objetivos: Asegurar la capacidad de transmisión necesaria Asegurar la estabilidad del voltaje en Iquitos. Asegurar un perfil de voltaje aceptable y la estabilidad de voltaje a lo largo de la línea Carhuaquero Cajamarca Caclic Moyobamba Iquitos; Asegurar la adecuada energización de la línea. Noviembre 2015 SKRM 29

30 Solución inicial y solución alternativa Solución base ( clásica ) con reactores fijos, compensación serie, síncronos y SVC: Solución alternativa, utilizando tecnología de MCSR de línea: los 8 equipos de compensación se sustituyen por 2 sistemas SCSR. Se asegura un mejor desempeño del transito. Noviembre 2015 SKRM 30

31 Conclusiones Noviembre 2015 SKRM 31

32 Conclusiones 1. En últimos 15 años esta nueva tecnología de MCSR / SCSR ha ganado aceptación y ha mostrado una experiencia de uso excelente. 2. La tecnología ofrece gran flexibilidad y permite varias combinaciones de esquemas de SCSR. 3. A comparación con otros compensadores flexibles de reactivos, los Sistemas CSR y MCSR pueden ser de línea, y no solo de barra. 4. Aplicación de MCSR de línea expande las opciones para proyectos, ofreciendo soluciones eficientes y robustas para aumentar la capacidad de las líneas y mantener el voltaje estable, minimizando la cantidad de equipamientos. Noviembre 2015 SKRM 32

33 GRACIAS POR SU ATENCION! Noviembre 2015 SKRM 33