Victor F. Lescale, Power Systems HVDC, Santiago de Chile, 2015-04-15 Tecnología HVDC. Parte 2 de 2: Aplicaciones, Equipos y Ejemplos May 14, 2015 Slide 1
Salidas y punto de reunión Punto de Reunión May 14, 2015 Slide 2
Configuraciones ABB Month DD, YYYY Slide 3
Qué es la Tecnología HVDC Líneas HVDC Configuraciones ± DC ± DC ~ Monopolo (asimétrico) Retorno por tierra/mar ó metálico 0 0 + DC/2 + DC/2 ~ Monopolo simétrico Espalda-con-Espalda (BtB) + DC/2 ~ + DC/2 - DC/2 - DC/2 - DC/2 - DC/2 + DC/2 + DC/2 ~ Bipolo ~ May 14, 2015 Slide 4 - DC/2 - DC/2
HVDC en BtB (Back-to-Back) Líneas CA Barra CA 1500 MW Barra CA Costo de estaciones convertidoras ++ Costo de líneas de transmisión - Pérdidas - Disponibilidad - + Aspecto ventajoso de esta transmisión - Aspecto adverso
HVDC en BtB (Back-to-Back) Líneas CA Barra CA 750 MW Barra CA Barra CA 750 MW Barra CA Costo de estaciones convertidoras + Costo de líneas de transmisión - Pérdidas - Disponibilidad 0 + Aspecto ventajoso de esta transmisión - Aspecto adverso
HVDC en Monopolo 1500 MW Costo de estaciones convertidoras + Costo de líneas de transmisión + Pérdidas + Disponibilidad - + Aspecto ventajoso de esta transmisión - Aspecto adverso
HVDC en Bipolo 1500 MW Costo de estaciones convertidoras 0 Costo de líneas de transmisión + Perdidas + Disponibilidad + + Aspecto ventajoso de esta transmisión - Aspecto adverso
HVDC Multi-terminal 1500 MW P MW 1500 MW Costo de estaciones convertidoras - Costo de líneas de transmisión + Perdidas + Disponibilidad + + Aspecto ventajoso de esta transmisión - Aspecto adverso
Flexibilidad con Multi-terminal Fase 1 1500 MW P MW 1500 MW Fase 2 Fase 1 1500 MW P/2 MW 1500 MW Fase 2
Flexibilidad - Alternativa Encuentro Sistema CC Cardones Sistema CA Expansion en etapas del sistema CA
Tecnologías de HVDC ABB Month DD, YYYY Slide 12
Diferentes tipos de convertidores HVDC Conmutación natural; HVDC Clásico; convertidores de corriente (CSC) Conmutación forzada; HVDC Light; convertidores de voltaje (VSC) May 14, 2015 Slide 13
Diferentes tipos de convertidores HVDC Conmutación natural; HVDC Clásico; convertidores de corriente (CSC) Conmutación forzada; HVDC Light; convertidores de voltaje (VSC) May 14, 2015 Slide 14
HVDC Clásico (CSC) Conversora de seis pulsos válvulas no controladas ~ X=0 V1 V3 V5 X=0 R ~ I d V1 R V3 V5 I d ~ S U d ~ S U d ~ T V4 V6 V2 ~ V4 V6 T V2 Voltajes de fase Voltajes de fase R S T R S T wt wt May 14, 2015 Slide 15
HVDC Clásico Conmutación natural - Voltaje directa, X K =0, =0 U RT U ST U SR U di0 =3V2*U h / -60-30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 t May 14, 2015 Slide 16
HVDC Clásico Conmutación natural - Voltaje directa, X K =0 U RT U ST U SR U d =3V2*U h *cos / (U d =U di0 *cos U d1 X (U d1 -U d2 ) P = R U d1 U d2 R d I d P d1 P d2 100 99 1 1 100 99 101 99 1 2 202 198-99 -100 1 1-99 -100-60 -30 0 30 60 90 120 150 180 210 240 t (U d =U di0 x cos - (d x +d r ) x I d x U di0n /I dn ) May 14, 2015 Slide 17
HVDC Clásico Relación entre el ángulo de disparo y el defasaje (a) 0 i a1 e a i a wt E a I a1 (b) 30 I d E a Ia1 E a (c) 60 I a1 E a (d) 90 I a1 E a (e) (f) 120 150 E a I a1 Observar: La convertidora de conmutación natural siempre consume potencia reactiva I a1 May 14, 2015 Slide 18
HVDC Clásico Estación convertidora monopolar Converter station Transmission line or cable Converter Smoothing reactor AC bus DC filter Shunt capacitors or other reactive equipment AC filters Telecommunication ~~ Control system May 14, 2015 Slide 19
Diferentes tipos de convertidores HVDC Conmutación natural; HVDC Clásico; convertidores de corriente (CSC) Conmutación forzada; HVDC Light; convertidores de voltaje (VSC) May 14, 2015 Slide 20
HVDC Light Una dimensión más HVDC HVDC Light SVC May 14, 2015 Slide 21
HVDC Light Conmutación forzada Voltaje U dc1 U dc2 U sw +U dc1 +U dc2 May 14, 2015 Slide 22
HVDC Light Conmutación forzada y modulación de ancho de pulsos May 14, 2015 Slide 23
HVDC Light: Diferentes típos de modulación Voltaje de salida Dos niveles Circuito Multi-niveles May 14, 2015 Slide 24
HVDC Light versus HVDC Clásica Rangos comparativos U cd en kv 1100 1000 500 HVDC Light con líneas aéreas HVDC Light con cables poliméricos HVDC Clásica con líneas aéreas 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 Potencia en MW 8000 9000 10000 May 14, 2015 Slide 25
Equipo ABB Month DD, YYYY Slide 26
Equipo: Diferencias principales Algunos componentes no existen en los sistemas de alterna Válvulas y su sala Capacitores de alta tensión de CD Algunos existen también en alterna, pero son diferentes en CD Transformadores (apariencia igual, esfuerzos distintos) Sistema de enfriamiento de las válvulas Sistema de control Equipo de maniobra de CD Reactores en aire (especialmente el de alisado) Resistencias en filtros En general: pero Hay más equipo que en una subestación, Hay menos equipo que en una planta generadora
Baltic Cable, Enlace HVDC monopolar de 600 MW Conversora HVDC Clásica L36994
Estación convertidora monopolar, 600 MW/450 kv DC Patio CA Transformadores de convertidor Línea CA Sala de válvulas Capacitores shunt Línea CD Filtros armónicos Aproximadamente 80 x 180 metros Patio CD
Sala de válvulas Fuera y dentro 500kV CA 800kV CC Boquillas Switcheos de aterrizaje May 14, 2015 Slide 30
Válvulas de tiristores No existen en sistemas de alterna Requieren inspección anual Requieren mantenimiento cada dos años El mantenimiento se facilita con la plataforma ad-hoc, y el acceso por dentro de la válvula. Tienen sistema avanzado de monitoreo; por ejemplo: Localización exacta de algún tiristor fallado Detección de posibles fugas en el circuito de refrigeración. Aún las muy pequeñas Mantenimiento: Inspecciones Inspecciones extensivas En caso de tiristores fallados, reemplazo
Sala de válvulas, 500 kv HVDC Características típicas de una válvula cuádruple de tiristores: -Altura: Ca 20 m -Peso: Ca 20 toneladas
Disposición de componentes en un piso Canales con fibras ópticas Pantallas de aluminio Pernos de epoxy con cuerda Tubos de acero inoxidable Soportes de aluminio Plataformas de servicio Barras de corriente Módulo de tiristores Módulo de reactores Tubos de agua de plástico
Módulo de tiristores de 5, nueve posiciones
Transformador convertidor 1 fase, 3 devanados (345 KV CA, 353 MVA, 60 Hz) - Peso de transporte: Ca 250 toneladas Slide 35 PowDoc id - Peso instalado: Ca 350 toneladas
Elección del transformador Número de unidades por polo y puente de 12 pulsos: 1 (+1 de reserva) 2 (+(1+1) de reserva) 3 (+1 de reserva) 6 (+(1+1) de reserva) Peso de transporte Slide 36 PowDoc id Toneladas 350 300 250 200 150 100 50 0 100 150 200 250 300 350 400 450 MVA
Patio de CC Filtro CC con reactores de alisamiento en polo y neutro 600kV CC May 14, 2015 Slide 37
Equipo de maniobra de CD El equipo de maniobra en CD no es diferente del de alterna Las funciones son ligeramente diferentes Para interrumpir / conmutar CD se necesita crear ceros de corriente. Los interruptores tienen circuito resonante con capacitor, reactor, y apartarrayos El equipo fuera de servicio se aísla con cuchillas y se conecta a tierra. Algunas secuencias son un poco más complicadas, pero se ejecutan automáticamente 1. Capacitor 2. Reactor 3. Resistencia no-lineal 4. Interruptor 5. Plataforma aislada 3 5 4 2 1
Capacitor de CD Consta de unidades muy parecidas a las de un banco de alterna La resistencia interna para descarga es menor (en ohms) que en alterna La altura del banco es mayor que en bancos equivalentes de alterna
Reactores de alisamiento y de filtros Son muy parecido a los reactores en los compensadores estáticos La bobina del reactor de alisado es un poco mayor, pero la altura a la que se encuentre será mucho mayor
Resistencias para filtros de CA Contienen un número de esteras metálicas conectadas en serie Determina la agudeza (el factor de calidad), del filtro armónico
Sistema de enfriamiento de válvulas Redundante Cuenta con Equipo para quitar iones Equipo para quitar oxígeno disuelto Controles y protecciones propios Mantenimiento: Inspecciones visuales Cambio de aceite, Lubricación Limpieza Cambio de filtros Reemplazo de resina cambiadora de iones
HVDC Light Interior Reactor de fase I dc Línea aerea o cable Barra de CA ±U dc Válvulas IGBT Filtros CA Capacitor CD Sistema de Control Reactores de fase Capacitores CD secos May 14, 2015 Slide 43
Algunas referencias de HVDC clásico ABB Month DD, YYYY Slide 44
Itaipú, Brasil Potencia: 2x3150 MW Voltaje DC: + 600 kv Transmisión: 785 + 805 km Dos bipolos con líneas aéreas Puesta en servicio: 1984-87 Transmisión a larga distancia (+ redes asíncronas) May 14, 2015 Slide 48
Rio Madeira, Brasil Potencia: 3150 (+ 2x400) MW Voltaje DC: + 600 kv Transmisión: 2500 km Bipolo con línea aérea (+ dos BtBs) Puesta en servicio: 2012 Transmisión a larga distancia (+ redes asíncronas) May 14, 2015 Slide 49
Three Gorges Guangdong, China Potencia: 3000 MW Voltaje DC: + 500 kv Transmisión: 940 km Bipolo con línea aérea Puesta en servicio: 2004 Transmisión masiva de potencia, Estabilidad May 14, 2015 Slide 50
Xiangjiaba Shanghai, China Potencia: 6400 MW Voltaje DC: + 800 kv Transmisión: 2070 km Bipolo con línea aérea Puesta en servicio: 2010 Transmisión masiva de potencia. Estabilidad Slide 51 PowDoc id
JinPing-SunNan, China Potencia: 7200 MW (+400 MW de sobrecarga) Voltaje DC: + 800 kv Transmisión: 2090 km Bipolo con líneas aéreas Puesta en servicio: 2013 Transmisión de potencia en masa +800 kv DC filter DC filter Slide 52 PowDoc id -800 kv
Fennoskan, Suecia-Finlandia Potencia: 500 + 800 MW Voltaje DC: 400 y 500 kv Transmisión: 200 km (cable submarino) + 33 y 70 km (líneas aéreas) Bipolo Puesta en servicio: 1989 y 2011 Distancia con cable submarino
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