Estudios para el desarrollo de una Interconexión HVDC · Senior Executive Consultant SKM CIGRE SC B4 representative (CL) ... La NTSyCS requiere 100% de transporte por 10 segundos

Estudios para el desarrollo de una Interconexión HVDC

Gabriel Olguin, Ph.D.

Senior Executive Consultant SKM

CIGRE SC B4 representative (CL)

Operating Model 8 Apr 2010

Sinclair Knight Merz

2

> 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

Historia

Hoy en

día

> Firma global, líder en ingeniería, ejecución y entrega de proyectos

> 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

http://www.globalskm.com/


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


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 HVDC SIC-SING”, mediante una línea de transmisión bipolar de 610 km HVDC 1.500 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


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.

SIC SINGTransmisión CCLCC/VSC

Convertidor

AC<=>CC

LCC/VSC

Convertidor

CC<=>AC

Eventual LT AC

Interconexión asincrónica


Fundamentos de conversión AC-CC LCC


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

Sala de válvulas

Filtros AC y Comp.

Reactiva polo 2


Fundamentos de la conversión VSC

9

Modelo por faseDos niveles

Idc

S1- on

S2-off

+Vdc/2

S1- off

S2-on

-Vdc/2

Obs.: El voltaje Vac puede ser +Vdc/2 o –Vdc independiente de Idc

+Vdc/2

-Vdc/2

S1

S2

Vac

Iac


Fundamentos del convertidor multinivel

10

1dv

1acv

2dv

2acv

3dv

3acv

acv

1acv

1dv

t

2acv

2dv

t

3acv

3dv

t

acv

t

Necesita

el pole (-)

+ pole


Convertidor modular multinivel, MMC

11

SM

SM

SM

SM

SM

SM

+ Pole

- Pole

IacPhase

reactors

acv

t

El número de módulos mejora la

calidad de la onda sinusoidal


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



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



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


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)


Los Estudios Eléctricos en nuestro modelo

Los estudios son relevantes pues permiten optimizar la solución

CDECs

CNE

TransCo1

TransCo2

TransCo1

DS#

Estudios

preliminares

OEM1

OEM 2

OEM 3

consultores

Proyecto de

transmisión

ofertas


Planificación y pre-especificación

Estudio Herramienta Responsable

Suficiencia Flujo de carga bajo diversos escenarios

hidrológicos y demanda, reservas, etc.

Propietario o

mandante

Corto circuito Corto circuito bajo diversos condiciones

de despacho y configuración de la red

Propietario o

mandante

Estabilidad

dinámica

Est. Transitoria, estabilidad de pequeña

señal, EMT

Propietario o

mandante

Armónicos Domino frecuencia, EMT Propietario o

mandante

Objetivo: obtener la información necesaria para

especificar el enlace HVDC


SIC

SING

La NTSyCS requiere 100% de transporte por 10 segundos en caso de salida de un polo.

1500 MW 1470 MW

-500kV

+500kV

750 MW

750 MW

Interconexión HVDC SIC-SING: modo bipolar


SICSING

La reserva en giro y de partida rápida determina la s/c mínima necesaria

1500 MW 1380 MW

+500kV

1500 MW

HVDC SIC-SING: monopolar, retorno metálico

Retorno metálico

RG


Preparación de ofertas (Ofertas)


Circuito principal

Herramientas de simulación, análisis

y cálculo propias del fabricantes

Fabricante

Potencia reactiva Fabricante

Filtros AC y DC Fabricante

Aislación Fabricante

Desempeño dinámico EMT Fabricante

Objetivo: definir solución técnica conforme a

especificaciones y valorizarla para ofertar


Post adjudicación y diseño


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

Objetivo: diseñar y demostrar desempeño conforme a

especificaciones técnicas


Puesta en servicio


Energización de equipos,

bloqueo y desbloqueo de

convertidores, etc.

EMT

Propietario,

ISO con apoyo

del FabricanteFalla de conmutación EMT, Estabilidad transitoria

Desempeño de

controladores

EMT, Estabilidad transitoria

Fallas AC y DC EMT, Estabilidad transitoria

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


Operación


Planificación de la

transmisión y de la

operación del enlace

Herramientas típicas de análisis de

sistemas usadas por el Operador del

Sistema para el estudio de la red.

Propietario y

operador del

sistema

Análisis post evento

Pre-especificación de

expansiones o

modificaciones

Fallas AC y DC

Objetivo: planificar la operación integrada del enlace en el sistema de

potencia, estudiar opciones de mejoras y analizar perturbaciones


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

Documents

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