Post on 02-Jan-2016
Ramy Azar, Ph.D, Ing.
7 y 8 marzo, 2013
Sistemas de Alta Tensión de Corriente Continua (HVDC)
Temas de la presentación
Sistemas HVDC y sus ventajas
Análisis técnico-económico: AC vs. DC ?
Estrategias de control para sistemas HVDC
Convertidores alimentados por voltaje
Componentes principales
Proyectos recientes
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Transmisión por corriente continua
Qué es HVDC ?
Source: Alstom T&D
4 Source:ABB
› Aislamiento de sistemas AC
› Capacidad de transmisión más alta con el
mismo tamaño de conductor
› Corredor de paso mas angosto: impacto
ambiental reducido
› Control sobre el voltaje y la dirección del
flujo de potencia
› Inversión en etapas: se puede incrementar
su capacidad gradualmente
› Alta disponibilidad y confiabilidad
Ventajas de los sistemas HVDC
Interconexión Colombia-Panamá
450kV - 600MW en dos fases– 550km de línea– 50km de cable
Configuraciones de los sistemas HVDC
Características de los sistemas HVDC
› Retorno por tierra vs. retorno metálico
› Configuración back-to-back
Monopolar
Bipolar
(ideal sin carga) Transformación AC DC
Características de los sistemas HVDC
Fase A
Fase C
+Vd
-Vd
Fase B
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Análisis técnico-económico: AC vs. DC ?
Estrategias de control para sistemas HVDC
Convertidores alimentados por voltaje
Componentes principales
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Análisis técnico-económico
Ventajas de los sistemas HVDC
Distancia
costo de los convertidores
costo de la línea CC
Costo de la línea AC
Costo
Costo total CC
Costo total CA
??
AC vs. DC: Análisis técnico-económico
Análisis económico
Fuente: ABB
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Análisis técnico-económico: AC vs. DC ?
Estrategias de control para sistemas HVDC
Convertidores alimentados por voltaje
Componentes principales
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Estrategias de control y Modos de operación
Operación en modo de espera Potencia activa constante Operación monopolar Sobrecarga intrínseca Control de frecuencia Operación con voltaje reducido
Estrategia de Control
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Estrategias de control para sistemas HVDC
Convertidores alimentados por voltaje
Componentes principales
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VSC – Convertidores alimentados por voltaje
VSC = Voltage Source Converter Los VSC utilizan transistores bipolares de puerta aislada (IGBTs)
en vez de tiristores
Fuente: Alstom T&D
Convertidores alimentados por voltaje
VSC vs. LCC Convertidor alimentado
por voltaje
Adecuado para sistemas débiles Requiere de menos espacio Distorsión armónica mínima Capaz de controlar la potencia activa y reactiva Voltaje y capacidad más bajos Más costoso Pérdidas mas altas en los convertidores Arranque en negro
Convertidor conmutado por línea
Requiere un cierto nivel de corto circuito en ambos convertidores Ocupa mucho espacio Requiere de filtros Únicamente controla la potencia activa Alto voltaje y alta capacidad Menos costoso Menos pérdidas en los convertidores
Voltage Source Converters
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Estrategias de control para sistemas HVDC
Convertidores alimentados por voltaje
Componentes principales
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Diseño de una estación HVDC
Componentes Principales
Convertidor HVDC Monopolar, 600 MW – 450kV
Línea AC
Capacidores
Filtros armónicos
Subestación AC
Transformadores
Edificio de control
Línea CC
Interruptores
Componentes principales: Válvulas semiconductoras
HVDC Valve Hall Fuente: AlstomT&D
Componentes Principales
Ramy
Componentes Principales: Transformadores
Específicos para
aplicaciones HVDC
Diseñados tomando en
cuenta los armónicos
Conexión paralela
para favorecer la
cancelación de
armónicos
Componentes Principales
325 MVA Transformador HVDC Para el Proyecto de GCCIA
Componentes Principales: Filtros
Reduce los armónicos hacia la
red AC
Reduce la interferencia con las
líneas telefónicas
Mejora la calidad de potencia
de las redes vecinas
Proporciona soporte de
potencia reactiva
Componentes Principales
800kV capacitor de filtro armónico Fuente: GR Capacitors
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Análisis técnico-económico: AC vs. DC ?
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Convertidores alimentados por voltaje
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Experiencia de SNC-LAVALIN
Proyectos
Interconexión Gull Island-Soldier’s Pond
Proyectos
Estudios, diseño, especificaciones, solicitud de propuestas, supervisión y puesta en servicio: Central hidroeléctrica de Muskrat Falls Convertidores HVDC: 900 MW-350kV Subestaciones AC: 735kV-315kV-230kV Subestaciones de transición para el cable submarino Líneas AC de 315 kV Líneas DC de 350 kV Electrodos HVDC
Retos del Proyecto › Interface entre proyectos y estrategia de planificación › Sistema muy débil en la terminal de Soldier’s Pond › Condensador sincrónico en Soldier’s pond
(Costo del capital: $1.5B)
Estudios, diseño, especificaciones, solicitud de propuestas y acuerdos legales para : › 1300 km de línea bipolar de +/-500 kV, 3000 MW › Tres estaciones convertidoras multiterminales:
3000 MW en Badr y Madinah, 1500 MW en Tabuk
› 25 km de cable submarino de 500 kV HVDC
Retos del Proyecto › Sistema muy débil en la terminal de Tabuk › Posibilidad de resonancia en varias frecuencias armónicas › Alta variación entre carga mínima y carga máxima del sistema › Aislamiento de línea difícil debido a las condiciones climáticas › Investigación de electrodos › Varias restricciones sobre el cruce submarino
Interconexión de Egipto-Arabia Saudita
Proyectos
Interconexión GCC
Proyectos
› Primer centro de control automático de reserva primaria en el mundo › Interconexión de seis países › Sistema débil de un lado › Problemas para la instalación del cable submarino
(Costo de capital: $1.2B) Estudios, diseño, especificaciones, solicitud y evaluacion de propuestas, y supervisión del contratista para la interconexón de Kuwait, Saudi Arabia, Bahrain & Qatar: › 800 km de línea de doble circuito de 400 kV › Tres estaciones HVDC back-to-back de 600
MW › 40 km de cable submarino de 400 kV AC
para la conexión a Bahrein › Subestaciones GIS de 400 kV › Centro de control de la interconexión
Retos del Proyecto
(Costo capital: $900M) Ingeniería, adquisiciones y construcción de: › 320 km de línea bipolar +/-500 kV 4000 MW con retorno
metálico › Dos estaciones convertidoras monopolares de 1000 MW
con provision para expansión futura a bipolar y vávulas paralelas - SIEMENS
› Estaciones colectoras de 500 kV AC
› 320 km de línea bipolar de +/-500 kV 4000 MW › Estrategia de control– situado a la proximidad de otro sistema HVDC y de líneas AC
paralelas › Dificultad para la obtención del corredor y de permisos ambientales
Retos del Proyecto
Transmisión de Alberta del Oeste
Proyectos
El programa NOS IMPORTA encarna los valores y creencias esenciales corporativos de SNC-Lavalin. Es la piedra angular de todo lo que hacemos como empresa. Salud y Seguridad, Empleados, Medio Ambiente, Comunidades y Calidad: todos estos valores influyen en las decisiones que tomamos diariamente. Y lo más importante es que nos dictan la manera en la que debemos servir a nuestros clientes y por lo tanto afectan la manera en la que nos perciben nuestros socios externos. El programa NOS IMPORTA es integral a la manera en la que nos desempeñamos a diario. Es tanto una responsabilidad como una fuente de satisfacción y orgullo ya que nos proporciona los importantes estándares para todo lo que hacemos.
NOS IMPORTAN la salud y seguridad de nuestros empleados, de las personas que trabajan bajo nuestra responsabilidad y de los usuarios finales de nuestros proyectos.
NOS IMPORTAN nuestros empleados, su crecimiento personal, su desarrollo profesional y su bienestar general.
NOS IMPORTAN las comunidades en las que vivimos y trabajamos, así como su desarrollo sostenible, y nos comprometemos a cumplir nuestras responsabilidades como ciudadanos del mundo.
NOS IMPORTA el medio ambiente y realizar nuestras actividades comerciales respetando el medio ambiente.
NOS IMPORTA la calidad de nuestro trabajo.