GESTE 2012 Opciones de futuro

Transcripción

1 GESTE 2012 Opciones de futuro Introducción a los enlaces de corriente continua de alta tensión Luis Fernández Beites Universidad Politécnica de Madrid. 1

2 INICIO DE GENERACIÓN ALTERNA MEDIA TENSIÓN CONTINUA MEDIA TENSION INVENTO DEL TRANSFORMADOR (1886) ALTERNA ALTA TENSIÓN CONTINUA BAJA TENSIÓN HACE ALGÚN TIEMPO (hasta 1950) TRANSPORTE A DISTANCIAS MEDIAS DISTANCIAS CORTAS ELECTRONICA DE POTENCIA (1950 válvulas 1970 electrónica) DISTANCIAS MEDIAS GRANDES DISTANCIAS 2

3 Tensiones hasta 1000 kv España REE P no es controlable km de circuito kv kv kv <132 kv Total de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 3

4 Cables 33 kv kvar/km ( nf/km) 132 kv 1 MVAr/km (183 nf/km) 400 kv 6-8 MVAr/km ( nf/km). 4

5 Alterna Continua Alterna RED RED 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 5

6 Pérdidas De transporte De conmutación (especialmente en VSC) Coste de la instalación Montaje Conductores Torres Transformadores Costes por servidumbre de paso 6

7 Pérdidas Por resistencia de los conductores 33% menor en HVDC Efecto Skin Por dieléctrico Inexistente en HVDC Despreciable en HVDC Por conmutación Inexistente en HVAC En general, un enlace HVDC siempre va a presentar menos pérdidas que su equivalente en HVAC (a igualdad de potencia nominal) 7

8 Costes de la instalación Conductores 33% menor en HVDC (2 conductores frente a 3) Torres Menores en HVDC (más compactas) Estaciones convertidoras Importantes. Sólo en HVDC 8

9 Costes por servidumbre de paso Menores en HVDC 9

10 COSTE VS. DISTANCIA 10

11 Curva Coste-Distancia en la actualidad. La longitud mínima de enlace a partir de la cual era hoy rentable día es montar rentable un HVDC montar era un enlace de 500 HVDC millas (aprox. es < km) 11

12 Limitación de Transporte Un enlace HVDC permite transportar mayores potencias a más distancia. No afectan los efectos capacitivos en los cables. 12

13 Corriente de Cortocircuito El HVDC no aporta corriente de cortocircuito a la parte de alterna Problema si alimenta a red débil. El HVDC no aporta corriente de cortocircuito a la parte de alterna no hay que modificar las protecciones existentes Control de flujos de potencia El HVDC permite controlar la potencia circulante 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 13

14 Ventajas Inconvenientes Permite conectar redes asíncronas Alto ratio potencia/conductor Permite controlar potencia activa Absorción de perturbaciones Incrementa la estabilidad de la red Se puede usar retorno por tierra Menores pérdidas en la línea Baja corriente de cortocircuito en el lado de alterna Coste de los convertidores Baja capacidad de sobrecarga Armónicos Complejidad del control Baja corriente de cortocircuito en el lado de alterna 14

15 Al menos 106 instalaciones entre HVDC-LCC y HVDC-VSC HVDC-LCC: ±800 kvcc 2090 km, 7200 MW (Jinping Sunan ABB) HVDC-VSC: ±150 kvcc 180 km, 330 MW ENLACE LEYTE-LUZON: DATOS DE LA INSTALACIÓN Potencia Nominal 440 MW Tensión Continua Nominal 350 kv Tensión Alterna en el rectificador (1er armónico) 230 kv Tensión Alterna en el inversor (1er armónico) 230 kv Potencia máxima 550 MW (sobrecarga = 25%) Corriente continua máxima 1600 A 15

16 Electrónica de Convertidores HVDC LCC (clásico) HVDC VSC (HVDC Light ) Conmutados por red Autoconmutados Nº y localización de convertidores Back-to-back Enlace de larga distancia Enlace multiterminal Estaciones juntas, redes asíncronas Más común VSC, parques offshore Configuración del enlace Monopolar Bipolar Homopolar Retorno por tierra, tensión negativa Tensiones simétricas, más común Fácil escalabilidad 16

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20 Tiristor: Corrientes (8 ka) Tensiones (8 kv) Grandes potencias P > 0, P<0 según disparo Controlable Q <0 (entrante en convertidor) Difícil implantación en redes poco robustas INTENSIDAD Id UNIDIRECCIONAL INVERSIÓN FLUJO INVERSIÓN TENSIONES 20

21 Convertidores Transformadores Filtros Cable o línea Protecciones y Control 21

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24 SIEMENS MMC 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 24

25 GTO IGBT Grandes corrientes (6 ka) Menores tensiones (5-8 kv) Medias-altas potencias INVERSIÓN FLUJO INVERSIÓN INTENSIDAD P > 0, P<0 según disparo Q <0 o Q >0 según disparo CONTROLABLES AMBAS Fácil implantación en redes poco robustas. Arranque en negro 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 25

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29 CONVERTIDOR FUENTE DE CORRIENTE (LCC) Si se produce una falta en el lado de continua, la corriente aportada por el convertidor se puede limitar mediante control y en cualquier caso queda suavizada por la inductancia Ld. CONVERTIDOR FUENTE DE TENSIÓN (VSC) Si se produce una falta en el lado de continua, los diodos de libre circulación de los semiconductores entrarán en conducción y no puede cortarse salvo mediante interruptores en el lado de alterna. Además, se pueden producir daños permanentes en el convertidor ya que los condensadores de continua se descargarán en la falta aportando una gran cantidad de corriente durante poco tiempo. 29

30 HVDC-VSC CONDUCE ANTE FALTA DISPARO INTERRUPTORES AC INTERRUPTORES CC PASIVOS ABB 1 GW, 5 ms ACTIVOS 30

31 Dos lazos en cascada Control rápido : actúa sobre los convertidores. Permite absorber variaciones sobre un punto de trabajo. Control lento : actúa sobre las tomas de los transformadores. Optimiza ángulos de disparo o modulación. 31

32 HVDC-LCC Control de potencia. Control de corriente Control de frecuencia Controles adicionales Control amortiguamiento subsincrono Control de amortiguamiento Subida-bajada de potencia automática Control de reactiva HVDC-VSC Control de tensión alterna-control de reactiva. Control de potencia activa-control de tensión continua Control de frecuencia Arranque en negro 32

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