Gabriel Olguin, Ph.D. Senior Executive Consultant SKM CIGRE SC B4 representative (CL) Estudios para el desarrollo de una Interconexión HVDC

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Gabriel Flores Sevilla
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1 Gabriel Olguin, Ph.D. Senior Executive Consultant SKM CIGRE SC B4 representative (CL) Estudios para el desarrollo de una Interconexión HVDC

Sinclair Knight Merz > Firma global, líder en ingeniería, ejecución y entrega de proyectos Historia > Establecida en 1964 en Sydney, Australia Bruce Sinclair & Jack Knight sus fundadores Foco en

2 Sinclair Knight Merz > Firma global, líder en ingeniería, ejecución y entrega de proyectos Historia > Establecida en 1964 en Sydney, Australia Bruce Sinclair & Jack Knight sus fundadores Foco en trabajos con gobiernos locales Crecimiento significativo en los últimos 12 años Más de 50 fusiones y adquisiciones, creció de 600 a 7,500 trabajadores en todo el mundo Hoy en día > Opera en cuatro áreas de mercado (Unidades de negocios) Agua y Medio Ambiente, Minería y Metales, Edificaciones e Infraestructura y Energía > Es de propiedad de sus empleados ~ 650+ accionistas 2

3 Agenda Objetivos y alcance de esta presentación La Interconexión SIC-SING Fundamentos de la Transmisión en corriente continua de alto voltaje, HVDC Conmutación natural LCC Conmutación forzada VSC Estudios eléctricos necesarios

4 Objetivos y alcance General Facilitar el entendimiento de las tecnologías HVDC disponibles para interconexiones de sistemas de eléctricos de potencia mediante una base conceptual mínima y resaltar la necesidad de estudios eléctricos para las distintas etapas de un proyecto de interconexión Específico Describir brevemente los estudios eléctricos necesarios en las diversas etapas de desarrollo de una interconexión HVDC

Interconexión SIC-SING Resoluciones Exentas CNE N 20 y 29, de fecha 11 y 17 de enero de 2013, Plan de Expansión del Sistema de Transmisión Troncal Período 2012-2013 Obra Nueva Interconexión Troncal

5 Interconexión SIC-SING Resoluciones Exentas CNE N 20 y 29, de fecha 11 y 17 de enero de 2013, Plan de Expansión del Sistema de Transmisión Troncal Período Obra Nueva Interconexión Troncal HVDC SIC-SING, mediante una línea de transmisión bipolar de 610 km HVDC MW en ±500kV, entre la S/E Cardones y la S/E Nueva Encuentro, y la construcción de estaciones convertidoras HVAC/HVDC en cada uno de los extremos. El 31 de enero empresas del sector presentan discrepancias al Plan de Expansión. Respecto de la interconexión SIC-SING, las discrepancias son básicamente tres: tecnología, puntos de interconexión y pertinencia de la obra de interconexión en un plan de expansión troncal. El Panel de Expertos eliminó la obra del Plan de Expansión por no ajustarse a la Ley El 21 de Mayo de 2013 en su cuenta anual, el presidente Piñera comprometió el envío de un proyecto de Ley para concretar la interconexión

6 Fundamentos de la transmisión HVDC HVDC es una opción tecnológica para transmitir potencia eléctrica, generalmente grandes bloques sobre largas distancias, pero hay otras aplicaciones Usa electrónica de potencia en convertidores CA/CC y viceversa. Existen dos tecnologías de convertidores: LCC que usa tiristores y VSC que usa IGBT. HVDC implica líneas de transmisión de menor costo por unidad de longitud con capacidad de transporte independiente de la longitud. Interconexión asincrónica SIC LCC/VSC Convertidor AC<=>CC Transmisión CC LCC/VSC Convertidor CC<=>AC SING Eventual LT AC

7 Fundamentos de conversión AC-CC LCC

particular filtros AC y compensación de potencia reactiva Filtros

8 Convertidoras HVDC LCC: filtros y reactivos Cerca del 60% del espacio de la convertidora es utilizado por equipamiento HVAC, en particular filtros AC y compensación de potencia reactiva Filtros AC y Comp. Reactiva polo 1 Filtros AC y Comp. Reactiva polo 2 Sala de válvulas

9 Fundamentos de la conversión VSC Modelo por fase +Vdc/2 Idc S1 Iac +Vdc/2 Dos niveles S1- on S2-off -Vdc/2 S2 Vac -Vdc/2 S1- off S2-on Obs.: El voltaje Vac puede ser +Vdc/2 o Vdc independiente de Idc 9

10 Fundamentos del convertidor multinivel + pole v ac1 v d1 v ac v d1 v ac1 t v ac2 v d 2 v ac2 v ac v d 2 t Necesita el pole (-) t v ac3 v d 3 v d 3 v ac3 t 10

11 Convertidor modular multinivel, MMC + Pole SM SM v ac Phase reactors SM SM Iac t SM - Pole SM El número de módulos mejora la calidad de la onda sinusoidal 11

Convertidores HVDC: LCC y VSC LCC Arreglo de válvulas de tiristores con capacidad de soportar voltaje en ambas polaridades La polaridad del voltaje del convertidor puede ser invertida (para

voltaje de línea o red VSC Arreglo de módulos de válvulas tipo transistores (IGBT) con capacidad de conducir corriente en ambos sentidos La corriente puede invertirse (para cambiar la dirección

12 Convertidores HVDC: LCC y VSC LCC Arreglo de válvulas de tiristores con capacidad de soportar voltaje en ambas polaridades La polaridad del voltaje del convertidor puede ser invertida (para invertir el flujo de potencia en el enlace HVDC) La dirección de flujo de la corriente no cambia El semiconductor puede ser encendido por acción de control El bloqueo del semiconductor depende del voltaje de línea o red VSC Arreglo de módulos de válvulas tipo transistores (IGBT) con capacidad de conducir corriente en ambos sentidos La corriente puede invertirse (para cambiar la dirección del flujo de potencia en el enlace HVDC) La polaridad del voltaje en el enlace DC no cambia El semiconductor puede ser desbloqueado y bloqueado por control El bloqueo del semiconductor no depende de la red

13 Convertidores HVDC: LCC y VSC LCC HVDC Alta capacidad de potencia Alguna capacidad de sobrecarga Requiere un sistema AC fuerte Partida autónoma compleja y depende de equipo adicional Genera distorsión armónica, requiere filtros AC y CC Requiere compensación de reactivos por hasta 60% de la potencia Requiere una gran extensión de terreno dominada por los filtros AC y compensación de reactivos VSC HVDC Menores ratings (2013) Sin capacidad de sobrecarga Opera en sistemas débiles Partida autónoma factible Bajo contenido armónico, eventualmente no requiere filtros Puede proveer potencia reactiva (STATCOM) Menor espacio: entre 50 60% del terreno para una estación LCC

14 Convertidores HVDC: LCC y VSC LCC HVDC Componente CC de voltaje requiere de transformador convertidor Pérdidas de potencia bajas 0.8% Costo menor Confiabilidad probada Tecnología madura Dirección de la potencia es invertida por polaridad del voltaje Requiere el uso de cables MI VSC HVDC Transformadores más convencionales debido al bajo contenido de componente CC Pérdidas de potencia mayores Costo de inversión mayor Confiabilidad por probar Tecnología menos madura Dirección de la potencia controlada por dirección de la corriente Ideal para uso con cables XLPE

15 Estudios eléctricos necesarios Cualquiera sea la tecnología HVAC o HVDC, la integración segura de la interconexión requerirá de estudios de eléctricos Etapa de planificación y preparación de especificaciones (pre-especificación) Etapa de preparación de ofertas (Ofertas) Estudios post adjudicación y diseño (Diseño) Estudios para puesta en servicio (PES) Estudios durante la operación del enlace (Operación)

16 Los Estudios Eléctricos en nuestro modelo Estudios preliminares CNE Proyecto de transmisión consultores DS# CDECs ofertas TransCo1 TransCo2 OEM1 OEM 2 TransCo1 Los estudios son relevantes pues permiten optimizar la solución OEM 3

17 Planificación y pre-especificación Objetivo: obtener la información necesaria para especificar el enlace HVDC Estudio Herramienta Responsable Suficiencia Corto circuito Estabilidad dinámica Flujo de carga bajo diversos escenarios hidrológicos y demanda, reservas, etc. Corto circuito bajo diversos condiciones de despacho y configuración de la red Est. Transitoria, estabilidad de pequeña señal, EMT Propietario o mandante Propietario o mandante Propietario o mandante Armónicos Domino frecuencia, EMT Propietario o mandante

18 Interconexión HVDC SIC-SING: modo bipolar SING -500kV 750 MW SIC 1500 MW 1470 MW La NTSyCS requiere 100% de transporte por 10 segundos en caso de salida de un polo. +500kV 750 MW

19 HVDC SIC-SING: monopolar, retorno metálico SING Retorno metálico 1500 MW 1380 MW SIC 1500 MW RG La reserva en giro y de partida rápida determina la s/c mínima necesaria +500kV

Preparación de ofertas (Ofertas) Objetivo: definir solución técnica conforme a especificaciones y valorizarla para ofertar Estudio Herramienta Responsable Circuito principal Potencia

20 Preparación de ofertas (Ofertas) Objetivo: definir solución técnica conforme a especificaciones y valorizarla para ofertar Estudio Herramienta Responsable Circuito principal Potencia reactiva Filtros AC y DC Aislación Herramientas de simulación, análisis y cálculo propias del fabricantes Fabricante Fabricante Fabricante Fabricante Desempeño dinámico EMT Fabricante

21 Post adjudicación y diseño Objetivo: diseñar y demostrar desempeño conforme a especificaciones técnicas Estudio Herramienta Responsable Circuito principal, potencia reactiva, filtros AC y DC. Herramientas de simulación, análisis y cálculo propias del fabricantes Fabricante Coordinación de aislación Normas y simulaciones EMT Fabricante Desempeño dinámico EMT Fabricante Estabilidad transitoria Programa de estabilidad transitoria Fabricante SSTI EMT y/o RTDS Fabricante Desempeño dinámico RTDS Fabricante

22 Puesta en servicio Objetivo: evaluar las opciones posibles para el desarrollo de un programa extensivo de pruebas de campo para demostrar el desempeño del enlace y la validez de los modelos de simulación Estudio Herramienta Responsable Energización de equipos, bloqueo y desbloqueo de convertidores, etc. Falla de conmutación Desempeño de controladores Fallas AC y DC EMT EMT, Estabilidad transitoria EMT, Estabilidad transitoria EMT, Estabilidad transitoria Propietario, ISO con apoyo del Fabricante

Operación Objetivo: planificar la operación integrada del enlace en el sistema de potencia, estudiar opciones de mejoras y analizar perturbaciones Estudio Herramienta Responsable Planificación de la

23 Operación Objetivo: planificar la operación integrada del enlace en el sistema de potencia, estudiar opciones de mejoras y analizar perturbaciones Estudio Herramienta Responsable Planificación de la transmisión y de la operación del enlace Análisis post evento Pre-especificación de expansiones o modificaciones Fallas AC y DC Herramientas típicas de análisis de sistemas usadas por el Operador del Sistema para el estudio de la red. Propietario y operador del sistema

24 Reflexiones finales Existe consenso que la interconexión SIC-SING es necesaria Ambas tecnologías HVAC y HVDC pueden ser usadas para interconectar los sistemas La autoridad ha evaluado que una interconexión asincrónica es más segura y eficiente Cualquiera sea la tecnología escogida, es necesario desarrollar los estudios que aseguren una integración segura y eficiente de esta nueva infraestructura de transmisión a los sistemas interconectados de Chile

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