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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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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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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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.