FACTS. Por: César Chilet

Transcripción

1 FACTS Por: César Chilet

2 Introducción Los sistemas eléctricos, ahora no sólo se requiere que los generadores muy distantes a los centros de consumo operen en sincronismo y transmitan el flujo de potencia en forma coordinada, sino que la operación debe ser de tal manera que se mantenga y mejore la seguridad de los sistemas de potencia

3 Sistema de potencia

4 Transmisión y distribución Los sistemas de T&D de las empresas eléctricas han iniciado un período de cambio, debido principalmente a la aplicación de la electrónica de potencia, microprocesadores y comunicaciones en general. Esto los ha llevado a una operación más segura, controlable y eficiente.

5 Transmisión y distribución

6 Electronica de potencia Se han llevado a cabo diversas investigaciones, que han conducido al desarrollo de los FACTS, dispositivos que abarcan al conjunto de equipos con capacidad de controlar el flujo de potencia o modificar las características de la red, empleando semiconductores de potencia para controlar el flujo en los sistemas de corriente alterna.

7 FACTS Esta tecnología se basa en la posibilidad de controlar la trayectoria del flujo de potencia y la habilidad de conectar redes no adecuadamente interconectadas, dando la posibilidad de transferir energía entre agentes distantes.

8

9 Mayor eficiencia del sistema Mayor control sobre el flujo de potencia, Operación con niveles de carga seguros, y cercano a los límites térmicos de las líneas de transmisión. Mayor capacidad de transferencia de potencia entre áreas controladas, Prevención de salidas de servicio en cascada, Amortiguamiento de las oscilaciones del sistema de potencia,

10 Mayor control sobre el flujo de potencia Dirigiéndolo hacia rutas predeterminadas. Los equipos FACTS pueden bloquear flujos indeseados en anillo. Esto permite aumentar la capacidad de las líneas en un 20% 40%, de otra manera ésta limitante obligaría a reducir la capacidad de flujo a través de ellas.

11 Operación con niveles de carga seguros La operación sin sobrecarga, y cercano a los límites térmicos de las LT. Posibilita la operación de las LT cercanas a sus límites térmicos manteniendo o mejorando la seguridad y confiabilidad en el sistema. Esto permite ahorrar recursos económicos mediante la mejor utilización de sus activos ante incrementos de la demanda de energía y potencia.

12 Mayor capacidad de transferencia de potencia El margen de reserva en generación puede reducirse considerablemente. Respuestas rápidas a los cambios en las condiciones de la red para proveer un control del flujo de potencia en tiempo real.

13 Además se tiene La prevención de salidas de servicio en cascada, limitando el efecto de fallas en el sistema y equipos. Amortiguamiento de las oscilaciones del sistema de potencia, evitando daños a los equipos y que limitan la capacidad de transmisión.

14 Necesidad Compartir potencia entre las redes de regiones alejadas, con el propósito de aprovechar la diversidad de la demanda debido a diferencias de clima y horario, disponibilidad de diversas reservas de generación en zonas geográficas distintas, cambios en precios del combustible y en la regulación, etc.

15 Manejo de parámetros Los FACTS están basados en la posibilidad de manejar los parámetros interrelacionados (impedancias serie y derivación, ángulo de fase, oscilaciones a frecuencias subsíncronas), permitiendo además operar las LT cerca de sus límites térmicos, lo que anteriormente no era posible a menos que se violaran las restricciones de seguridad del sistema.

16 Tipos de equipamientos FACTS Los equipamientos FACTS son divididos en dos grandes grupos: Los compensadores conectados en paralelo a la red y Los compensadores conectados en serie. También se los clasifica en generaciones.

17 Tenemos los equipamientos FACTS utilizando tiristores, llaves semiconductoras. Primera generación

18 Primera generación (conectados en PARALELO) TCR (Thyristor Controlled Reactor), TSC (Thyristor Switched Capacitor), SVC (Static Var Compensator).

19 Primera generación (conectados en SERIE) TSSC (Thyristor Switched Capacitor) TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)

20 Phase Shifter Este equipamiento de la primera generación posee las características serie y paralelo de forma integrada.

21 Segunda generación Está compuesta por equipamientos que utilizan llaves autoconmutadas tipo IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor), GTOs (Gate Turn Off Thyristor) o IGTC (Integrated Gate Commutated Thyristor) IGCT de 4,5 kv/2,6 ka

22 Segunda generación (conectados en PARALELO) STATCOM (Static Synchronous Shunt Compensator)

23 Segunda generación (conectados en SERIE) SSSC (Static Sychronous Series Compensator)

24 Tercera generación (integración SERIE-PARALELO) Un resultado de esto es el UPFC (Unified Power Flow Controlled)

25 Cuarta generación (integración SERIE-PARALELO) Integración hecha en líneas diferentes es el IPFC (Interline Power Flow Controlled)

26 Otra clasificación

27 Tipos de FACTS Se pueden dividir en tres categorías según el parámetro que se desea controlar.

28 FACTS tipo A Estos dispositivos son capaces de controlar el flujo de potencia activa (P) y reactiva (Q) en la línea de transmisión. El ángulo de fase del nodo de conexión no está especificado y es independiente del estado del flujo de potencia bajo estudio.

29 FACTS tipo B La potencia activa (P) de la línea es controlada. No se consideran las pérdidas en el dispositivo, ni el control de otros voltajes o corrientes.

30 FACTS tipo C Son controladores de reactivos en el nodo de conexión donde están instalados, el dispositivo ajusta la inyección de potencia reactiva para controlar la magnitud del voltaje en dicho nodo de conexión.

31 Flujo de potencia en LT El flujo de potencia entre dos puntos a través de una LT sin pérdidas, está dado por: la potencia depende de los parámetros físicos de la red como son: Tensión en los extremos de la línea, impedancia de la línea y el ángulo de fase entra las tensiones.

32 Flujo en anillo

33 Flujo de potencia en un sistema mallado

34 Libre flujo de potencia En el circuito mostrado, las líneas AB, BC y AC tienen límites de transmisión de 1000 MW, 1250 MW y 2000 MW, respectivamente, y límites de contingencia del doble de estos límites de transmisión durante suficiente tiempo para permitir la redistribución de la potencia en caso de perder una de estas líneas.

35 Flujo en red mallada compensada con capacitor serie

36 Flujo en red mallada con reactor serie controlado

37 Flujo en red mallada con regulador desfasador de ángulo

38 SVC

39 SVC

40 STATCOM

41 Compensador paralelo ideal Compensador paralelo ideal (sin armónicos), en paralelo con el sistema

42 Compensador paralelo ideal En las siguientes ecuaciones se han considerado que las resistencias son despreciables y que el ángulo de desfasaje entre las tensiones es δ.

43 Caso 1 V S adelanta a V L. 90º>δ>0º. Existe un flujo transitorio de potencia activa en dirección de la fuente I (compensador).

44 Caso 2 V S en atraso respecto a V I. 90º<δ<0º. Existe un flujo transitorio de potencia activa en dirección de la fuente S (sistema).

45 Caso 3 V S en fase con V I. δ=0º. Como V S = V I, no existe corriente en el circuito y por tanto no existe potencia activa, ni reactiva entre las fuentes S e I.

46 Caso 4 V S en fase con V I. δ=0º. Como V S > V I, no existe flujo de potencia activa entre las fuentes S e I, más existe potencia reactiva inductiva (Q S >0)

47 Caso 5 V S en fase con V I. δ=0º. Como V S < V I, no existe flujo de potencia activa entre las fuentes S e I, más existe potencia reactiva capacitiva (Q S <0)

48 Conclusión Se verifica asimismo que una fuente de tensión con capacidad de control de fase puede direccionar el flujo de potencia activa, y con el control de amplitud, se puede controlar la potencia reactiva en aquel punto del circuito.

49 Custom Power

50 Objetivo El término Custom Power ha sido propuesto para designar una nueva generación de dispositivos basados en semiconductores de potencia, diseñados para operar en niveles de media y baja tensión, y cuyo objetivo fundamental es la mejora de la calidad de servicio de las redes de distribución

51 Nuevos desarrollos En semiconductores controlables, microcontroladores, procesadores de señal y tecnologías de almacenamiento de energía han permitido el diseño de dispositivos con respuesta mas rápida y ajuste más preciso en funciones como son la regulación de tensión, la compensación de potencia reactiva, la reducción de la tasa de distorsión de armónicos, o la limitación de corrientes de cortocircuito.

52 Ncesidades de la consecionarias Mejorar la calidad de servicio sobre todo para equipos electrónicos muy sensibles a la tensión, corriente, frecuencia; Cancelar los armónicos producidos por equipos electrónicos en la red de distribución.

53 La tecnología de los custom power. Son básicamente dos : El desarrollo de nuevos semiconductores controlables (GTO, IGBT, MCT), y Nuevos y más potentes medios de almacenamiento de energía (condensadores de alta capacidad de, nuevas baterías, bobinas superconductoras, almacenamiento inercial). También los micro-controladores y los procesadores de señal.

54 Proyecto inicial patrocinado por EPRI Eran tres : Acondicionador Dinámico de Tensión (DVR, Dynamic Voltage Restorer), Compensador Estático (D-STATCOM, Distribution Static Compensator), Interruptor de Estado Sólido (SSB, Solid State Breaker).

55 DVR Inversor trifásico conectado a la línea de distribución mediante un transformador instalado en serie, y con un elemento de almacenamiento (o fuente) de energía en el lado de continua del inversor.

56 DVR Puede inyectar una tensión en sincronismo con la tensión de línea (o en cuadratura con la corriente), de amplitud y fase variable; esto permite controlar el intercambio de potencia activa y reactiva entre la línea y la fuente de energía recargable instalada en el lado de continua del inversor.

57 DVR

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59 Platform-Mounted DVR (PMDVR)

60 Prototype Installation PMDVR

61 D-STATCOM Inversor trifásico conectado a la línea de distribución, mediante un transformador en paralelo, y con un elemento de almacenamiento (o fuente) de energía en el lado de continua del inversor.

62 D-STATCOM Puede inyectar una corriente de amplitud y fase variable, que permite controlar la tensión y corregir el factor de potencia. Puede reemplazar a otros elementos convencionales de control de tensión y potencia reactiva (bancos de condensadores, transformadores con regulación), y Funcionar también como filtro activo.

63 D-STATCOM

64 D-STATCOM

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66 Dispositivo conectado en serie que permite un corte o limitación de corriente en un intervalo inferior a un ciclo de frecuencia. SSB

67 SSB Los SSB actualmente en funcionamiento han sido diseñados tomando como base tiristores y GTOs.

68 SSB Puede realizar varias funciones: coordinado con un STATCOM puede limitar el impacto de determinadas cargas en la red; Puede transferir consumos entre líneas en caso de avería en una de ellas; Puede servir para realizar un arranque controlado de motores; y Puede reconfigurar estaciones receptoras.