Conexión de Granjas Eólicas Jornadas Técnicas Santiago, Chile 25 de Abril, 2007

Transcripción

1 Antonio Silva ABB Power Technologies División FACTS Conexión de Granjas Eólicas Jornadas Técnicas Santiago, Chile 25 de Abril, 2007 ABB - 1 -

2 Que es lo que le oferece ABB en Sistemas de Potencia? Empleados: 13,000 Clientes mas importantes: Utilities, industrias, OEMs y EPCs ABB es la compañia lider en el mundo en Sistemas de Potencia ABB - 2 -

3 Grid Systems Sistemas para Redes Suministros llave en mano y productos especiales para las siguientes aplicaciones: Transmisión de Potencia Calidad de Potencia Ferrocarriles (conexión a la red) Granjas Eólicas (conexión a la red) Plataformas Offshore (conexión) Enlaces por cables ABB - 3 -

4 Grid Systems Productos para Sistemas para Redes Transmisión y distribución de potencia Corriente Directa en Alto Voltaje (HVDC) y HVDC Light FACTS con compensación série y shunt FACTSSVC (Static Var Compensator) SVC Light (STATCOM) SC (Capacitores Série) TCSC (SC controlados por Tiristores) Semiconductores: Tecnologia Bipolar y BiMOS Cables para muy Altos voltajes Cables submarinos y subteraneos AC y DC, incluyendo acesorios Consultas y servicios Consultas en Sistemas de Potencia ABB - 4 -

5 FACTS Portfolio ABB - 5 -

6 Proyectos FACTS Más de 600 instalaciones en el mundo! Hasta ahora ABB - 6 -

7 Conexión a la red de grandes Granjas Eólicas Potencia Reactiva, control de voltaje Estabilidad de voltaje, fault ride through ABB - 7 -

8 Conexión a la red de grandes Granjas Eólicas P Us / jx Ur / 0 estable P= Us * Ur sin X Habitualmente intentamnos utilizar maiores angulos para transportar potencia activa ABB Pero potencia reactiva no se puede transportar con angulos grandes. Potencia reactiva se utiliza para controlar voltajes, valores típicos: +/- 5%. Qr = UsUr cos Ur 2 X Qs = Us 2 - UsUr cos X P Q U

9 Conexión a la red de grandes Granjas Eólicas Source: National Grid Transco ABB - 9 -

10 Conexión a la red de grandes Granjas Eólicas En la Turbina Eólica Granja Conexión a la Red ABB

11 Conexión a la red de grandes Granjas Eólicas Rated Power output (MW) 100% P (MW) Exigencias tipicas 50% de las redes 20% A E C D B Q (MVAr) ABB Point A is equivalent to: 0.95 leading Power Factor at Rated MW output Point B is equivalent to: 0.95 lagging Power Factor at Rated MW output Point C is equivalent to: -5% of Rated MW output Point D is equivalent to: +5% of Rated MW output Point E is equivalent to:-12% of Rated MW output

12 Estudios de Sistemas En este momento hay fuertes incentivos para la utilización de fuentes de energia renobables en sistemas de potencia. De todas las fuentes renobables, el viento es la fuente mas viable. En el pasado, granjas eólicas eran de pequeño porte (algunas decenas de MWs) y eran conectadas directamente a sistemas de distribución. Hoy dia, la maior parte de las granjas eólicas planeadas estan por encima de 100 MWs y se van conectar a subestaciones de transmisión. Esto implica una necesidad de estudios de sistemas ya en una fase preliminar del desarrollo del proyecto para garantizar una integración correcta al sistema de transmisión. ABB

13 Estudios de Sistema La questión de estabilidad de voltaje Fault Ride-Through ó LVRT es basicamente un problema del fabricante de la turbina. Compensación dinamica puede tener un impacto importante en el sistema después que la falla tenga desaparecido. ABB

14 Estudios de Sistema Supergrid Voltage Level 100% U/Un 90% 80% Part 2 Part 1 Granja Eólica 15% 0 140ms 1200ms 3 minutes Compensación Dinamica Supergrid Voltage Duration Sist. Trans Sub-Transmisión Carga Pequeña ABB s. 3psg a 1.0 s.

15 Estudios de Sistema - Modulación Turbina Generador Torsional spring constant K [p.u./radians] Inércia Constante H [s] ABB Inércia Constante H [s]

16 Estudios de Sistema - Modulación Generador Convencional de Inducción: Motor de inducción de alta eficiencia operando en modo super-sincronico Absorbe potencia reactiva de la red (sin compensación, Cos~0.9) Exige compensación shunt. Si una perturbación lleva la máquina a un binário superior a su maximo binário, la máquina entrará en regimen de inestabilidad y la velocidad del generador seguirá aumentando (y el voltaje entrará en colapso). Variaciones rápidas del viento se transforman rapidamente en variaciones de la potencia eléctrica. Diseño eléctrico mas sencillo que el de un DFIG, ó sea electricamente menos complicado. Utilisar modelos de motores convencionales de inducción para analisis de estabilidad transitória. ABB

17 Estudios de Sistema - Resultados Resultados tipicos de un estudio de sistema para una granja eólica de 300 MW utilizando generadores de inducción. WTG con capacitores fijos garantizando compensación sin carga. SVC en el punto de conexión a la red. ABB

18 ABB Estudios de Sistema - Resultados

19 Estudios de Sistema - Conclusiones El aumento del número y del tamaño de las granjas eólicas hace con que su perfomance durante fallas y despues de fallas tengan un impacto significativo en los sistemas. Por eso hay una necesidad de representar el desempeño de las granjas eólicas de una forma correcta en los estudios de sistemas. Con generadores convencionales de inducción, los problemas son regulación y estabilidad de voltaje. Con estos generadores, siempre habrá variaciones de voltaje a menos que exista una fuente de control suave de VArs (por ejemplo un SVC) para controlar el voltaje en el punto de conexión. ABB Con DFIG, los problemas son regulación coordinada de voltaje (SCADA) y estabilidad de voltaje. Modulación es un punto de preocupación.

20 ABB CASO - McCamey Area SVCs, AEP, Texas Necesidades del Cliente Mejora de la estabilidad del sistema con la ayuda de la conexión de granjas eólicas. Wind penetration high or very high, up to over 80%. Respuesta de ABB Cuatro SVCs, rango -40/+50 MVAr Conectados directamente 35 y 69 kv Beneficios para el Cliente Mejor estabilidad del sistema Diseño modulorizado sin transformador.

21 McCamey Area SVCs Citación de la especificación del cliente: La especificación describe la compensación de potencia reactiva necesária para 750 MW de generación eólica conectada al sistema de transmisión en y en el area alrededor de McCamey. La funcción primaria de los equipos es suministrar a ERCOT compensación de potencia reactiva confiable para la granja eólica en regimen estacionário y en condiciones transitorias. ABB

22 Diagrama de red y de la generación - Crane SVC Crane ABB Generación en el area: Viento 755 MW Fossil 140 MW

23 Filosofia para suporte de potencia reactiva Soluciones posibles para el suministro de las necesidades de dinamicas de Mvars: 1. Un determinado número de pequeños SVCs distribuidos. 2. Pocos SVCs de grande porte ubicados en puntos estrategicos de la red. Opción No. 2 fué la escogida por varias rasones: 1. Pocos SVCs grandes tienen un coste mas bajo que muchos y pequeños. 2. El area total necesaria es menor. 3. Menores necesidades de servicio y mantenimiento. Los SVCs son identicos excepto la conexión a la red (69 kv y 34.5 kv) ABB

24 Valvula de Tiristores para TCR U n = 69 kv (Connexión directa a la red!) (I n = 2200 A) BCT (Bidirectionally Conducting Thyristors) Dos pilas en cascada por fase. ABB

25 Foto del site, Crane 69 kv SVC ABB En operación desde 2006

26 Compensadores de Potencia Reactiva Static VAr Compensator, SVC y SVC Light (STATCOM) Picture shows +/- 40 Mvar SVC Light ABB

27 SVC Classico ABB

28 SVC - Static Var Compensator Inicio del desarrollo 1967 Primera instalación comercial 1972 Potencia instalada Mvar Numero de instalaciones 390 ABB

29 SVC Classico TCR TSR TSC TCR/FC TCR/TSC ABB

30 SVC Classico ABB

31 ABB SVC - Tecnologia de Valvulas de Tiristores

32 ABB SVC Comparación de Perdidas

33 SVC - Layouts A TCR/FC type of SVC Classic, 100 Mvar, meter Conexión Directa a 67 kv! ABB

34 SVC Light ABB

35 Historia de los SVC Light de ABB Hällsjön MW (HVDC Light, instalación piloto ) Hagfors 1999 ±22 MVAr (Reducción de Flicker en HA) Mosel 2000 ±38 MVAr (Reducción de Flicker en HA) Eagle Pass 2000 ±36 MW (B2B con prioridad de SVC) Evron 2003 ±16 MVAr (Suministro ferrocarriles, equilibrio de carga, filtraje armonicos) Polarit MVAr (Reducción de Flicker en HA) Holly 2004 ±95 MVAr (Consecionaria,regulación de voltaje) ZPSS MVAr (Reducción de Flicker en HA) Ameristeel MVAr (Reducción de Flicker en HA) ABB utility steelworks

36 SVC Light (SVC Light es el nombre de ABB para el STATCOM) Convertidor fuente de tensión, 3 niveles, NPC Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) Pulse Width Modulated, PWM >1.5 khz Unidades de Alta Potencia Conexión directa a 36 kv ABB

37 SVC Light a b c Conexión serie de IGBT Capacitores secos DC ABB

38 SVC Light 15 m 15 m ABB

39 SVC Light Con SVC Light Sin SVC Light ABB

40 SVC Light SVC Light Sustitución de un equipo muy viejo. Mejora del medio ambiente al rededor de la planta. Diseño muy compacto. Mayor reserva dinamica de VARs que anteriormente mejora de estabilidad de la red. SVC rango: -100/+100 Mvar, 138 kv. Controla tambien 2 x 32 Mvar, 138 kv MSC para control de voltaje en regimen estacionario. ABB

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