Transporte de Energa Elctrica en Corriente Continua

HVDC

ndice:1.- Introduccin 2.- Historia 3.- Caractersticas 3.1.- Caractersticas principales de HVDC 3.2.- Tecnologa 3.3.- Componentes de un sistema HVDC 4.- Aplicaciones 5.- Razones para utilizar la transmisin en Corriente Continua 6.- Instalaciones comerciales 7.- HVDC en la nueva industria de la electricidad 8.- Bibliografa y Webgrafa

1.- IntroduccinHistricamente las primeras aplicaciones de energa elctrica, fueron en corriente continua, pero rpidamente se descubrieron las ventajas de la corriente alterna, que permita independizar la aplicacin (transmisin o utilizacin) de la tensin aprovechando los transformadores.

En el mundo se ha difundido la corriente alterna, parte utiliza 50 Hz (Europa, y los pases donde la industria Europea ha influido ms) y parte 60 Hz (Estados Unidos, y su rea de influencia), en algunos pases coexisten ambas frecuencias por ejemplo Japn, en otros como Brasil en los aos 70 se hizo un enorme esfuerzo para unificar y pasar todo lo que era 50 ciclos a 60.

Veamos por qu es til la corriente continua como respuesta a necesidades que la corriente alterna no puede solucionar. - Cuando dos sistemas de 50 y 60 Hz se encuentran prximos, puede ser de inters y de utilidad tratar de interconectarlos, estos sistemas se conocen como asncronos, la interconexin se hace con corriente continua. - En algunos casos los dos sistemas tienen igual frecuencia pero no tienen la misma estrategia de regulacin de frecuencia, es el caso de las interconexiones entre Europa del Este y del Oeste y por esa razn no pueden funcionar en paralelo, la solucin para unirlos es tambin el utilizar la corriente continua. - En otros casos tambin se presenta la necesidad de interconectar grandes sistemas, permitiendo que conserven su caracterstica de sistemas asncronos, aun teniendo igual frecuencia no deben conectarse directamente para no incrementar las dificultades de operacin de la red. Todos estos motivos han provocado el desarrollo de la tecnologa HVDC (High Voltage Direct Current) que es usada para la transmisin de electricidad a largas distancias utilizando lneas areas o cables submarinos.

En los sistemas HVDC la energa elctrica se toma de una red trifsica en alterna, se transforma en tensin continua en una estacin convertidora, se trasmite hasta el punto receptor, es vuelta a transformar en tensin alterna en otra estacin convertidora y es

reinyectada en la red alterna receptora. Las instalaciones HVDC suelen transmitir potencias superiores a 100 MW, muchas estn en el rango de 1000 a 3000 MW.

Las transmisiones HVDC se usan para transportar energa a largas y muy largas distancias, porque es entonces cuando su coste econmico es menor que para lneas tradicionales de alterna. Las distancias involucradas en estas transmisiones suelen ser de 300 a 1400 Km. (en tierra) y de 10 a 800 Km (para cables submarinos), pero sin embargo no es extrao que estas distancias se vean superadas en algunas instalaciones.

Los sistemas HVDC permiten controlar de forma rpida y precisa el flujo de energa controlando tanto los niveles de potencia como la direccin del flujo. Esta posibilidad se suele usar para mejorar el funcionamiento y la eficiencia de las redes alternas que se interconectan.

Existen tres categoras diferentes en las transmisiones HVDC: 1.- Transmisiones Punto a punto, se puede diferenciar entre: HVDC Unipolar, que utiliza una nica lnea de alta tensin para la transmisin, como camino de retorno se usa la tierra o, a veces, un conductor de baja tensin, que es usada en sistemas de hasta 1500 MW, generalmente en instalaciones de cable submarino. HVDC Bipolar, que utiliza dos lneas con polaridades positiva/negativa para la transmisin, esta transmisin bipolar

realmente es una transmisin de doble circuito, permitiendo que un terminal siga transmitiendo aun cuando el otro est fuera de servicio. Maneja potencias de 1500 a 3000 MW, y la mayora de las lneas areas de HVDC son de este tipo. Adems existen varias formas distintas de operar el sistema lo que permite su utilizacin incluso en caso de fallo o avera de parte de la red.

2.-Conexiones Back-To-Back Una central HVDC Back-To-Back se suele usar para crear una interconexin asncrona entre dos redes de alterna. En el mundo hay funcionando varias centrales back-to-back. En estas instalaciones tanto el rectificador como el inversor estn localizados en la misma central y se usan para crear la interconexin asncrona entre las redes de alternas, que pueden funcionar a la misma o a diferentes frecuencias. Generalmente una central back-to-back es ms sencilla que una central convertidora de un proyecto de transmisin. El nivel de tensin puede ser seleccionado sin tener consideracin de cual sera el valor ptimo en la lnea area o cable usado, y normalmente suele ser bastante bajo, 150 KV o menor. El equipo de control puede ser tambin simplificado, porque no es necesaria ninguna lnea de comunicacin entre los dos convertidores.

3.-Sistemas multiterminal Una transmisin multiterminal HVDC suele ser ms compleja que una conexin punto a punto ordinaria, particularmente por que el sistema de control debe ser ms elaborado y las necesidades de comunicacin entre los convertidores es mayor. Actualmente existen pocos sistemas multiterminal de gran tamao funcionando en el mundo. El ms importante es la conexin entre Qubec y New England, construida entre 1987 y 1992, que transmite 2000 MW entre 5 centrales distribuidas a lo largo de casi 1500 km.

2.-HistoriaEn la Historia de la industria elctrica la primera vez que se gener electricidad comercialmente (Thomas Alva Edison) fue corriente continua (DC). Los primeros sistemas de transmisin tambin eran de continua. Sin embargo, la energa que proporcionaban los sistemas DC no poda ser transmitida a largas distancias, lo que provoc el crecimiento de la tecnologa de corriente alterna. Con el desarrollo de las vlvulas de alto voltaje fue de nuevo posible transmitir corriente continua a altos voltajes y a largas distancias, esto fue el inicio del desarrollo de los sistemas de transporte HVDC. El desarrollo de la tecnologa HVDC comenz a finales de los aos 20, y durante los posteriores 25 aos hubo un extenso desarrollo que culmin en 1954 cuando se inaugur la primera instalacin comercial. Una mejora sensible se produjo en los 70 cuando aparecieron los tiristores, actualmente novedosas tecnologas estn siendo utilizadas. Veamos los hechos histricos ms importantes que han favorecido el desarrollo de HVDC: - En 1901 aparecen los rectificadores de mercurio-vapor de Hewitt. Hasta 1940 se realizaron diversos

experimentos con vlvulas de arco de mercurio en Europa. De entre todos cabe resaltar los resultados obtenidos por el Dr. Uno Lamm, tambin conocido como "el padre de HVDC". El principal problema durante estos aos era el desarrollo de vlvulas que fuesen fiables y econmicas y que pudiesen convertir corriente alterna de alto voltaje en corriente continua y viceversa. Los

experimentos realizados hasta el momento con dispositivos de contactos mecnicos mviles no resultaron exitosos. Por otra parte, las vlvulas de arco de mercurio proporcionan nuevas lneas de investigacin. elctricas, Mientras que las mquinas ser

transformadores,

etc.

pueden

diseadas con gran precisin con la ayuda de leyes fsicas formuladas matemticamente, el diseo de las vlvulas de arco de mercurio estaba basado en un conocimiento adquirido empricamente. El problema fue resuelto en 1929 en un artculo que posteriormente fue patentado y que puede considerarse la piedra de toque del desarrollo de las vlvulas de arco de mercurio para altos voltajes. Fue en 1944 cuando el Dr. Uno Lamm consigui operar en el laboratorio un rectificador y un inversor de DC sobre una carga de 2000 KW utilizando voltajes de 60 KV. - Primera transmisin comercial, enlace Gotland (1954). Antes de este hecho, una central de prueba fue construida en 1945 entre el

ministerio Sueco de energa y la ASEA. Se trataba de una lnea de 50 km que era usada para pruebas. Fue en 1950 cuando el ministerio Sueco lleg a un acuerdo con ASEA para la construccin de la que llegara a convertirse en la primera lnea comercial para transporte de energa en continua. El enlace Gotland unira la isla de Gotland con Suecia. No fue hasta 1953 cuando se resolvieron los problemas concretos que presentaba el diseo de las vlvulas de arco de mercurio. El enlace Gotland comenz entonces, ya 1954, a transmitir energa con una potencia de 20 MW, 200 A y 100 KV. El diseo de otros componentes de las centrales conversoras, como transformadores, reactancias o equipamiento de proteccin y control, tuvo lugar al mismo tiempo que el desarrollo de las vlvulas de arco de mercurio. Los conocimientos en sistemas de AC eran slo aplicables parcialmente, lo que provoc la aparicin de nuevas tcnicas para el desarrollo de estos sistemas. Estas nuevas tcnicas se desarrollaron con el uso de mtodos matemticos y simuladores analgicos. -La aparicin de los tiristores en los aos 70 marcar de nuevo la historia de HVDC. En la primavera de 1967 una de las vlvulas de arco de mercurio del enlace Gotland fue remplazada por un tiristor, fue la primera vez que se usaba un tiristor con efectos comerciales. Despus de casi un ao de funcionamiento, el Ministerio Sueco de energaInstalacin de cable submarino, Gotland aos 50

decidi instalar un grupo completo de vlvulas nuevas para cada convertidor, utilizando tiristores y aumentando de esta forma la capacidad del enlace en un 50%. El nuevo grupo de vlvulas fue conectado en serie con los dos grupos de vlvulas de arco de mercurio ya existentes, de esta forma se consigui pasar de un voltaje de 100 KV a 150KV. Este hecho se logr en la primavera de 1970, siendo de nuevo el enlace Gotland el pionero. Los tiristores han hecho posible simplificar las centrales conversoras, y por tanto, se usaron a partir de este momento de forma generalizada. -En 1979 se aplic el primer control basado en microcomputador en una instalacin HVDC. El control de los sistemas HVDC ha ido en paralelo al desarrollo de los microcomputadores. -En 1984 se puso en funcionamiento el enlace de mayor tensin hasta el momento. Se trataba de la conexin en Itap, Brazil. Con un voltaje de aprox. 600 KV y unos 6000 MW de potencia, este enlace de mas de 1500 Km proporciona energa a la ciudad de Sao Paulo. -En 1994 se utilizan por primera vez de forma comercial filtros activos de continua. El principio de funcionamiento de estos filtros es el inyectar una corriente generada por un amplificador en el circuito de continua y de esta forma cancelar los armnicos que proceden del convertidor HVDC. El amplificador es controlado por un procesador de seal de alta velocidad. -La instalacin del primer convertidor de capacidades conmutadas (CCC) en 1998 en la interconexin Argentina-Brasil es de nuevo un hecho importante en la historia reciente de HVDC. El uso de convertidores de capacidades conmutadas ha hecho posible una mejora significativa en los circuitos convertidores tradicionales de HVDC, las capacidades conmutadas se conectan entre el puente de vlvulas y los transformadores del convertidor consiguindose mejoras en la estabilidad dinmica y mayor robustez ante las perturbaciones. -En 1999 de nuevo el enlace Gotland aparece en la historia de HVDC, esta vez por la instalacin del primer convertidor conmutado de tensin (VSC) para transporte de energa. Los convertidores tradicionales se basaban en conmutacin de lnea o de fase, estos nuevos convertidores utilizan PWM junto con dispositivos de alta frecuencia, como IGBT, consiguiendo mejoras considerables en diversos aspectos de

funcionamiento.

3.- Caractersticas3.1.- Caractersticas principales de HVDC La mayor parte de las transmisiones de energa elctrica usan corriente alterna de tres fases. Las razones para elegir HVDC en lugar de AC para transmitir energa en cada situacin concreta suelen ser numerosas y complejas, pero los argumentos ms comunes para su eleccin son: -Bajos costes de inversin. Una lnea de transmisin HVDC es menos costosa que una lnea de AC para la misma capacidad de transmisin. Sin embargo, las centrales utilizadas son ms costosas debido al hecho de que se debe realizar la conversin DCAC y viceversa. Pero, a partir de una determinada distancia, la alternativa HVDC siempre es menos costosa, como podemos apreciar en las grficas. Esta distancia es mucho ms pequea para cables submarinos (aprox. 50 Km) que para lneas areas. Esta distancia crtica depende de diversos factores, tanto para cables submarinos como par lneas areas, y el anlisis debe ser realizado para cada caso individual.

-Vanos martimos de larga distancia. No existen limitaciones tcnicas para la longitud de las lneas de cable de HVDC. En una transmisin de AC de larga distancia, el flujo de energa reactiva debido a las grandes capacidades del cable limita la distancia mxima de transmisin. Por lo tanto, para realizar enlaces martimos de larga distancia la nica tcnica viable es HVDC. -Bajas prdidas. Una lnea de transmisin HVDC tiene menores prdidas que las lneas de AC para una misma capacidad. Las prdidas en las centrales conversoras

deben ser sumadas, pero slo suelen representar el 0.6% de la energa transmitida en cada central, las prdidas totales en las transmisiones HVDC son menores que las prdidas de AC para prcticamente todos los casos. Tambin los cables de HVDC presentan menores prdidas que los usados en las transmisiones de AC, como podemos observar en el grfico.

-Conexiones Asncronas. Numerosos enlaces HVDC interconectan sistemas de AC que no funcionan en sincrona, incluso aun cuando usen la misma frecuencia. La conexin de este tipo de redes resulta a veces difcil o incluso imposible. En estos casos el uso de HVDC es la nica forma de realizar un intercambio de energa entre las redes involucradas. -Capacidad de control. En la mayora de proyectos HVDC, el control principal esta basado en una trasferencia constante de energa. Un enlace HVDC nunca puede llegar a estar sobrecargado. Los enlaces HVDC tambin son usados para mejorar el funcionamiento de los sistemas de AC mediante las facilidades de control que proporciona HVDC. Generalmente estos controles se activan automticamente cuando algn determinado criterio es alcanzado. Estas funciones de control automtico pueden ser de mantenimiento de frecuencia constante, redistribucin del flujo de energa en la red de AC, prdidas de las redes de AC, etc. En muchos casos estas funciones de control adicional permiten incrementar la capacidad de transmisin de energa de las lneas de AC cuando la estabilidad de las mismas es una limitacin. Actualmente el uso de los semiconductores, utilizados tanto en los tiristores de potencia como en los microprocesadores encargados del sistema de control, han creado posibilidades casi infinitas par el control de los sistemas de transmisin HVDC. Variedad de programas

software se han desarrollado para solucionar las diversas cuestiones que plantean el control de estos sistemas, como SIMPOW (ABB), PSS/E (PTI) o PSCAD/EMTDC. -Limitacin de las corrientes de cortocircuito. Las transmisiones HVDC no contribuyen a las corrientes de cortocircuito de los sistemas AC que se interconectan. Cuando se conecta una planta generadora de energa con la carga principal, el nivel de corriente de cortocircuito aumenta en el sistema receptor. Las corrientes de cortocircuito de gran magnitud se han convertido en un difcil problema de solucionar para muchas grandes ciudades, y hacen necesario remplazar los circuitos de proteccin y otros equipos. Si, por el contrario, la planta generadora se conecta a la carga mediante un sistema de transmisin HVDC, la situacin es totalmente distinta, ya que HVDC no contribuye a las corrientes de cortocircuito. -Bajo impacto medioambiental. Las lneas de transmisin usadas en HVDC son mucho ms pequeas y utilizan menos espacio que las lneas de AC para una misma capacidad.

3.2.- Tecnologa El proceso fundamental que se produce en un sistema HVDC es la conversin de la corriente elctrica AC en DC (rectificador) en el extremo transmisor, y de DC a AC (inversor) en el extremo receptor. Existen, principalmente 3 formas de conseguir esta conversin: -Convertidores Conmutados. Son usados en la mayora de los sistemas HVDC actuales. El componente que permite este proceso de conversin es el tiristor, que es un semiconductor semicontrolable que puede trabajar con corrientes muy grandes (4000 A) y es capaz de bloquear tensiones muy altas (hasta 10 KV). Conectando tiristores en serie es posible construir una vlvula de tiristores, que es capaz de operar con voltajes mucho mayores (varios cientos de KV). La vlvula de tiristores funciona a la frecuencia de la red (50 60 Hz) y por medio del ngulo de disparo es posible cambiar el nivel de tensin continua del puente. De esta forma se controla el flujo de energa de forma rpida y eficiente. -Convertidores de capacidades conmutadas. Es una mejora de la conmutacin basada en tiristores, el concepto de CCC se caracteriza por el uso de capacidades conmutadas colocadas en serie entre el transformador del convertidor y las vlvulas de tiristores. Las capacidades conmutadas mejoran el funcionamiento del convertidor cuando este es conectado a redes dbiles.

-Convertidores conmutados forzados. Este tipo de convertidores introducen una variedad de ventajas, e.g: alimentacin de redes pasivas, control independiente de la potencia reactiva y activa, calidad de energa. Las vlvulas de estos convertidores estn construidas con semiconductores controlables. Se conocen como convertidores conmutados de tensin (VSC) y generalmente se usan dos tipos fundamentales de dispositivos, los GTO o los IGBT. Ambos se vienen usando desde principios de los aos 80. Los VSC conmutan a alta frecuencia, no a la frecuencia de la red. El funcionamiento del convertidor se logra a travs de PWM (modulacin de anchura de pulsos), que permite variar el ngulo de disparo y/o la amplitud (hasta ciertos lmites) slo con el cambio del patrn de PWM usado. Adems el control de la potencia reactiva y activa es independiente. Todo estos cambios se pueden realizar casi instantneamente, lo que hace que estos convertidores se siten muy cerca de los ideales.

3.3.- Componentes de un sistema HVDC Como ya hemos visto anteriormente, los elementos fundamentales de un sistema HVDC son: Las centrales conversoras situadas a ambos extremos de la transmisin y el medio de transmisin.

- Las centrales conversoras: Se encuentran en ambos extremos del enlace, y suelen ser replicas unas de otras, consistentes en todo el equipo necesario para convertir AC en DC y viceversa. Los principales elementos de una central conversora son: 1.-Vlvulas de tiristores: Las vlvulas de tiristores son las encargadas de realizar la conversin de AC a DC o viceversa. Las vlvulas de tiristores pueden ser construidas de diversas formas dependiendo de la aplicacin y del fabricante. El circuito bsico usado es el puente de Graetz (figura) consistente en 6 grupos de vlvulas, pero para eliminar los armnicos ms grandes se conectan en serie formando la topologa del convertidor de 12-pulsos. Generalmente las vlvulas se agrupan en tres estructuras (vlvulas cudruples) que se cuelgan del techo de un recinto preparado especficamente para ello. Cada vlvula de tiristores esta formada por una cierta cantidad de tiristores conectados en serie junto con sus circuitos auxiliares encargados de limitar el ritmo de subida de la corriente cuando la vlvula se activa. Toda la comunicacin entre el equipo de control que est potencial de tierra y cada tiristor que se encuentra a alto potencial se realiza a travs de fibra ptica, a travs de impulsos generados 50 o 60 veces por segundo desde la unidad de control del tiristor (TCU). Las vlvulas estn

refrigeradas por un circuito cerrado de agua desionizada.

Tiristor con disparo ptico (arriba) Vlula de tiristores (derecha)

2.-Vlvulas VSC: El convertidor VSC consiste en un convertidor de dos niveles o multinivel y filtros de alterna. Cada vlvula individual del puente del convertidor es construida por un nmero de dispositivos IGBT conectados en serie junto con su circuiteria auxiliar (figura ms abajo). Estas vlvulas IGBT permiten un funcionamiento ms rpido que los GTO consumiendo menos energa. El que la conmutacin se pueda realizar tan rpidamente permite nuevas formas de operacin, dando lugar a los VSC con PWM. Con este tipo funcionamiento el inversor puede ser conectado a cargas dbiles o inexistentes. Debido a la alta frecuencia de conmutacin los cambios que se deseen en la tensin en el lado de AC pueden ser llevados a cabo rpidamente, y por lo tanto los transformadores pueden ser eliminados. Todas las vlvulas modernas usadas en HVDC estn refrigeradas por agua y en atmsfera sin aire. Las vlvulas VSC, el equipo de control y el equipo de refrigeracin deberan encontrarse en lugares cerrados, como contenedores de transporte lo que permitira un rpido y fcil transporte e instalacin. El concepto completo es conocido tambin como HVDC Light.

Convertidor conmutado de tensin (VSC Unipolar)

3.-Convertidores de capacidades conmutadas: Estos convertidores son los idneos para centrales de alta potencia cuyos requisitos sean muy estrictos debido a sistemas de AC con cargas muy dbiles o lneas muy largas. La principal ventaja de estos sistemas son sus pequeos o casi inexistente requerimientos de potencia reactiva, que elimina la necesidad de las capacidades de deriva as como la conversin a pasos. En el rgimen transitorio las ventajas aumentan; las bajas capacidades de deriva provocan bajos sobrevoltajes en las reflexiones producidas por la carga. Cuando un tiristor va a conmutar y la red de alterna a la que se conecta el sistema es dbil, la capacidad de

autorregulacin de los condensadores permite a la corriente seguir circulando lo que facilita la conmutacin, la baja corriente de cortocircuito requerida mejora el funcionamiento general de los tiristores.

4.-Transformadores: Los transformadores del convertidor se encargan de conectar la red de AC al puente de vlvulas de tiristores, y ajustan el voltaje en el lado de DC al nivel requerido para la transmisin. Su estructura puede ser muy variada dependiendo de la potencia a transmitir, pero normalmente son del tipo de de una fase a 3 devanados. Por ello se necesitan 3 transformadores idnticos por convertidor. Los transformadores son la parte ms pesada de un sistema HVDC, pudiendo llegar a pesar un slo transformador entre 200 y 400 toneladas. Los transformadores realizan varias funciones:

-Proporcionan voltajes de AC en dos circuitos distintos con una fase relativa entre ambos de 30 grados para reducir de los bajo

armnicos

orden, especialmente el 5 y el 7.Transformador antes de su ensamblado

-Actan como barrera galvnica entre el sistema AC y el DC, evitando que la tensin de DC pase a la red de AC.

-Contribuyen con una impedancia reactiva a la parte de AC reduciendo de esta forma las corrientes de cortocircuito y controlando el ritmo de subida de la corriente en la vlvula durante la conmutacin. -Permite el ajuste de la tensin de DC.

5.-Filtros de AC y bancos de capacidades: En el proceso de conversin el convertidor consume energa reactiva en una cantidad que puede aproximarse al 50% de la energa activa que se transmite, para compensarla la solucin ms habitual es el uso de bancos de capacidades de deriva. Algunos de estos bancos son combinados con inductancias y resistencias para crear filtros que proporcionen caminos de baja impedancia para los armnicos. En la parte de AC de un convertidor HVDC de 12pulsos, se generan armnicos de orden 11, 13, 23, 25 y superiores. Estos filtros se instalan para limitar los armnicos al nivel que la red requiera. Desde 1993 se vienen usando los llamados ConTune AC filters (filtros de AC continuamente sintonizados, figura de la derecha) en los que la frecuencia de resonancia se ajusta automticamente para

proporcionar una sintona perfecta independientemente de la

variaciones que se produzcan en la frecuencia de la red o en los componentes. El buen funcionamiento de los filtros ConTune se logra a travs de un elemento reactivo, conocido como reactor, que est formado por una inductancia variable. La inductancia variable se consigue con un ncleo de acero insertado en el interior del reactor. Alrededor de del ncleo de acero hay un devanado de control. Alimentando de forma directa el devanado de control se puede variar el flujo magntico total del reactor y de esta forma se consigue variar la inductancia, lo que sintoniza el filtro a la frecuencia exacta del armnico. Una comparacin realizada en la instalacin de Lindome entre los filtros pasivos y los Contune, mostraron que la distorsin del armnico 11avo se redujo de 0'026% con filtros pasivos a un 0'010% con el filtro ConTune cuyo Q era de 200. El convertidor en ambos casos se encontraba funcionando bajo las mismas condiciones.

En el caso de CCC la potencia reactiva es compensada por las capacidades situadas en serie entre las vlvulas y el transformador del convertidor. La eliminacin del equipo necesario para la compensacin de la potencia reactiva simplifica el diseo de la parte de AC y minimiza el nmero de circuitos de proteccin necesarios, consiguindose por tanto una reduccin del tamao de la central. En los convertidores VSC no hay necesidad de compensar ninguna potencia reactiva consumida por el convertidor en si y los armnicos en la parte de AC se relacionan directamente con la frecuencia de PWM. Por tanto la cantidad de filtros usados en estos convertidores se ve muy reducida si lo comparamos con los convertidores conmutados tradicionales.

6.-Filtros de DC: Los convertidores usados en HVDC generan armnicos en todos sus modos de funcionamiento. Estos armnicos pueden crear perturbaciones en los sistemas de telecomunicacin, por ello se instalan filtros de DC especialmente diseados para reducir estas perturbaciones. En las transmisiones por cable submarino as como en las instalaciones back-to-back, generalmente no es necesario el uso de ningn tipo de filtro. Estos filtros encargados de eliminar determinados armnicos generados en el extremo de DC, son considerablemente ms pequeos y menos caros que los necesarios en el extremo de AC. Los filtros modernos son filtros activos, en los que la parte pasiva se reduce al mnimo y dispositivos electrnicos de potencia modernos son usados para medir, invertir y reinyectar los armnicos en la lnea, convirtiendo el filtrado en muy efectivo. Su principio fundamental es sencillo: se usa un controlador el cual se ha programado para mantener una variable a cero (corriente en la lnea) ajustando del su salida pasivo).

(corriente

filtro

Actualmente, el algoritmo de control usado consiste en una funcin adecuadamente controlar las multivariable ajustada para

diferentes

frecuencias de los armnicos con diferentes transferencia.Esquema de un Filtro activo DC

funciones

de

7.-Control y proteccin: El hardware y el software han sufrido un desarrollo conjunto. El hardware ha pasado de los tubos de vaco a los transistores, a los circuitos analgicos integrados, a los circuitos digitales integrados y a los ordenadores con varios procesadores, y siempre incrementando las frecuencias de reloj. Este desarrollo ha permitido el uso de ms y ms funciones de control. Hoy en da, todas las funciones de control de las centrales HVDC son digitales, permitiendo un control exhausto y preciso, capaz de ajustarse a las necesidades variables de las redes, previniendo fallos, etc. Este desarrollo tambin ha afectado a la comunicacin entre los distintos elementos, las seales se convierten en digitales lo mas prximo posible a la fuente de la misma y se aprovechan todos los beneficios de las comunicaciones digitales.

- El medio de transmisin Para la mayora de las transmisiones de energa sobre tierra firme el medio ms frecuentemente usado son las lneas areas. Estas lneas generalmente son bipolares, dos conductores con distinta polaridad. Los cables ms utilizados son macizos o rellenos de aceite. El cable macizo suele ser en muchos de los casos ms barato. Su aislamiento consiste en fundas de papel impregnadas de aceites de alta viscosidad. No existen limitaciones en cuanto a distancia actualmente y pueden ser usados hasta profundidades de 1000m. El otro tipo de cable, el relleno de aceite, utiliza aceites de baja viscosidad y siempre debe ser usado bajo presin. La mxima longitud para este ltimo tipo de cable est en torno a 60 Km. El desarrollo de la tecnologa de cables se ha visto acelerado en los ltimos aos, y ya esta disponible un nuevo cable compuesto de polietileno para su uso con VSC en sistemas HVDC de ltima generacin.

Diversos tipos de cables

4.- AplicacionesConexin de redes asncronas

El uso de la corriente alterna est difundido por todo el mundo, algunos pases usas 50 Hz (ej: Europa), otros 60 Hz (ej: EEUU) e incluso en otros coexisten ambos sistemas (ej: Japn). La necesidad de conexin de redes surge generalmente por su proximidad, pases vecinos pueden estar interesados en conectar sus sistemas elctricos, sin embargo el uso de frecuencias distintas en el transporte de la electricidad limita sus posibilidades. HVDC permite conectar las redes en estos casos, an ms, se pueden conectar las redes incluso cuando sus frecuencias son iguales pero no interesa que el funcionamiento de una de las redes se vea afectado por la otra. HVDC permite gracias a su versatilidad y facilidad de control el flujo de energa entre las redes conectadas de forma bidireccional sin afectar a las mismas, permitiendo mejorar el funcionamiento y el rendimiento de las redes conectadas.

Interconexin con cables aislados (submarinos)

Una aplicacin, particularmente difundida en Escandinavia, es la interconexin en corriente continua mediante cables submarinos. Esta aplicacin con corriente alterna no sera posible por la gran capacitancia de los cables, que exigira al sistema de corriente alterna una gran potencia reactiva de compensacin, manteniendo muy cargados los cables an con potencia (activa) transmitida nula. Hay algunas instalaciones con un solo cable que utilizan el agua como retorno permanente. En estas instalaciones adquiere gran importancia la puesta a tierra, que permite transmitir potencia (parcial) con uno de los cables fuera de servicio, utilizando la tierra (el agua) como conductor de retorno.

Conexin de cargas

Por cargas aisladas se entienden cargas que por condiciones geogrficas u otras no estn conectadas a una red mayor pero deben depender de un generador local. Ejemplos claros son islas y pueblos remotos. La generacin local es a veces cara y no demasiado

estable. Si una carga aislada se puede conectar a una red mayor el coste de la electricidad baja de forma ostensible. Es aqu donde, entre otras opciones, se puede optar por una transmisin mediante HVDC. Las plataformas petrolferas en alta mar se pueden considerar un caso especial de carga aislada. Tradicionalmente, toda la potencia necesaria en estas plataformas se haba generado de forma local. Actualmente se consigue la potencia desde tierra tambin para plataformas que estn a gran distancia de tierra, consiguiendo as la reduccin de las emisiones de CO2, al no tener que generar potencia de forma local. Esta transmisin de potencia se hace mediante corriente continua.

Alimentacin de grandes ciudades de crecimiento rpido

El tamao de las cargas se incrementa de forma drstica debido al gran crecimiento urbanstico, con lo que las redes metropolitanas de potencia deben estar en continuo crecimiento para satisfacer la demanda que se genera. El suelo es cada vez ms escaso y caro, con lo que surgen grandes dificultades cuando se quiere instalar una nueva lnea de potencia. Adems al incrementar el nivel de potencia , las necesidades del equipo de proteccin tambin se ven incrementadas, sin embargo si usamos HVDC, como las corrientes de cortocircuito no aumentan, no hace falta cambiar los elementos de proteccin.

Interconexiones con largas lneas areas

La corriente continua se puede usar para la transmisin de potencia de alta tensin entre puntos distantes, con lneas bipolares, que son ms econmicas, que las lneas areas trifsicas, esto, con su menor costo, compensan los equipos conversores que el sistema de transmisin y recepcin requieren. Para lneas monopolares adquiere particular importancia la realizacin de las puestas a tierra de las estaciones conversoras, ya que su resistencia significa prdidas. En cambio, idealmente la seccin del conductor de retorno es infinita y entonces no hay prdidas atribuibles a ste.

Transmisin en alta tensin para ferrocarril

Para la transmisin ferroviaria, fue ventajosa la alta tensin continua porque al ser menores las cadas de tensin (por no presentar cada reactiva), el radio de accin de la lnea de contacto es mayor, en consecuencia se requieren menos puntos de alimentacin para lograr alimentar los trenes. La alimentacin con tensiones alternas de 25 KV es la solucin que compite con este sistema en corriente continua en 6 KV o ms.

5.- Razones para utilizar la transmisin en Corriente ContinuaCuando se opta por la transmisin en corriente continua sobre la tradicional corriente alterna suele ser ms por motivos econmicos que tcnicos, justificado por alguna de las siguientes razones:

Para lneas areas de transmisin sobre los 600 Km. de extensin la transmisin en corriente continua es ms barata por unidad de longitud que una en alterna, pues el hecho de requerir solamente dos conductores en vez de tres, repercute no slo en un ahorro en conductores sino tambin en un menor tamao de las torres y menor aparataje (aisladores, etc.).

En el caso de la transmisin submarina o subterrnea en cable aislado, con longitudes sobre los 50 Km., la mejor opcin es transmitir la energa en corriente continua. La razn de esto es la enorme cantidad de energa reactiva que se requiere, en el caso de la corriente alterna, y que llega a saturar los conductores sin dejar margen para corriente activa alguna.

Permite la interconexin entre sistemas asncronos o entre sistemas que s trabajan a igual frecuencia, pero que emplean distintas estrategias de control de la frecuencia. La transmisin en corriente continua ofrece mucho mayor control sobre los sistemas elctricos de potencia y con mucha mayor rapidez que su homloga en alterna, por lo que es utilizada para mejorar las condiciones de operacin de las redes elctricas. En caso de fallo, las conexiones a travs de lneas en corriente continua no contribuyen a las corrientes de cortocircuito, problema creciente en las grandes ciudades. All donde no sea posible establecer nueva generacin, es decir, nuevas lneas de transmisin elctrica, o se necesite un aumento de la densidad de potencia ya existente, existe la opcin de sustituir las lneas de corriente alterna por lneas de corriente continua, lo que aumenta la capacidad de transporte de las lneas.

HVDC goza de alta y rpida capacidad de control y permite realizar variaciones de la potencia mucho ms veloces que el sistema AGC, predominante en todos los alternadores. Permite aislar a una red de las perturbaciones o distorsiones que sufra la red del otro

lado. El flujo de potencia puede modificarse o incluso invertirse en cuestin de milisegundos, variando el ngulo de disparo de los interruptores estticos. En materias medioambientales el campo magntico continuo y esttico que se produce a orillas, tiene un valor semejante al del campo magntico terrestre, pudiendo incluso eliminarse si se opera en modo bipolar.

No obstante, hay algunas desventajas que deben comentarse:

Requerimientos de energa reactiva en las estaciones conversoras. Necesidad de instalar equipos de filtrado de armnicos. Necesidad de un mayor nivel de aislamiento, para una misma tensin, dado que es corriente continua. Elevados costos de las estaciones conversoras.

Llegados a este punto podemos hacer una comparacin entre el sistema de transmisin en corriente continua, monopolar y bipolar y el sistema de transmisin en corriente alterna, mediante una serie de parmetros. La lnea de transmisin bifilar en corriente continua V presenta una cada de tensin que se determina fcilmente:V = 2 r l I P = I 2 V

Prdidas = 2 r l I 2

donde :

r =

resistividad Resistencia del conductor sec cin

l = Longitud de la lnea

Con ello, la prdida relativa queda:

Prdida r l I = P V

Si la lnea es monopolar de tensin V y siendo rt la resistencia de las puestas a tierra, entonces: V = (r l + 2 rt ) I P = I VV = (r l + 2 rt ) I 2

Y la prdida relativa queda: Prdida (r l + 2 rt ) I = P V

Los clculos para las lneas trifsicas los hemos hecho de forma muy simplificada, suponiendo una lnea de longitud l, que transmite potencia (slo activa) a la tensin V (compuesta trifsica), quedando la corriente:

I=

P 3 V

Si queremos calcular las prdidas, estas vienen determinadas por: Prdidas = 3 R I 2

Una caracterstica de la lnea es su reactancia, X. La potencia reactiva requerida por la lnea que transmite cierta corriente es: Q L = 3 X I

2

La capacitancia genera potencia reactiva de valor:

Qc = C V 2

Aunque tratamos de transmitir slo potencia activa nos aparece la necesidad de aportarle a la lnea potencia reactiva. Esto no lo observamos en la transmisin en corriente continua.

Clculo de la lnea Longitud Potencia Tensin Corriente Densidad Corriente Resistividad Seccin Resistencia R Resistencia tierra

Unidades Km MW KV A A/mm2

C.C.Bipolar 500 1000 500 1000 1 30 1000 0,03 15 --------30000 30000 3 3 -------------------------------------------------

C.C. Unipolar 500 1000 500 2000 1 30 2000 0,015 7,5 2 19000 38000 3,8 3,8 -----------------------------------------------------------------

Trifsica 1 500 1000 500 1154 1 30 1154,7 0,0259 12,99 ----------------51961,5 5,19 --------0,3 150 600 0,01 50 3,1415.10-6 392,69 408,24

Trifsica 2 500 100 500 115 1 30 1154,7 0,0259 12,99 ----------------519,6 0,51 --------0,3 150 6 0,01 50 3,1415.10-6 392,69 408,24

mm2/Kmmm2

/Km V KW % %

VPrdidas Prdidas relativas

V/VXreactancia X QL C Frecuencia C QC Tensin pico

/Km MVAr F/Km Hz

MVAr KV

-----------------

La comparacin la hacemos para las lneas que transmiten igual potencia, es decir, la transmisin en corriente continua unipolar, bipolar y la denominada Trifsica 1, fijndonos esencialmente en las prdidas, y viendo como para la transmisin en corriente alterna las prdidas son mucho mayores.

Se muestran dos lneas de corriente alterna con dos estados de carga de la lnea, 100 y 1000 MW, para evidenciar como vara la reactancia inductiva en la lnea.

La comparacin tambin se puede hacer desde otro punto de vista, teniendo en cuenta que los aspectos ambientales estn llegando a ser hoy muy importantes. La HVDC est en ese aspecto en clara ventaja en muchos casos, pues las consecuencias para el medio ambiente son menos que con la corriente alterna. Esto es debido al hecho de que una lnea de la transmisin HVDC es mucho ms pequea y necesita menos espacio que las lneas de corriente alterna para la misma capacidad de la potencia.

6.- Instalaciones ComercialesItaipu - la transmisin ms grande de HVDC del mundo

El proyecto de transmisin mediante HVDC de Itaipu en el Brasil, de la compaa Furnas Centrais Eletricas S.A. en Ro de Janeiro (una compaa perteneciente a Eltrobaras), es por mucho la transmisin ms impresionante de HVDC del mundo. Tiene una potencia total de 6300 MW. La transmisin HVDC de Itaipu consiste en dos lneas bipolares para la transmisin de corriente continua, trayendo la potencia, generada en 50 hertzios en la planta hidroelctrica de Itaipu, de 12600 MW, poseda por Itaipu Binacional, a la red de 60 hertzios en Sao Paulo, en el centro industrial del Brasil. La transmisin de potencia comenz en una primera fase en octubre de 1984 con 300 kV y en julio de 1985 con 600 kV, y en su segunda fase en julio de 1987 La HVDC fue elegida bsicamente por dos razones: en parte por ser capaz de dar potencia de los generadores de 50 hertzios al sistema de 60 hertzios, y en parte porque una conexin de la HVDC era econmicamente preferible para la larga distancia implicada. Las estaciones de convertidor Foz hacen a Iguacu e Ibiuna representar un paso adelante considerable en la tecnologa HVDC. Las dos estaciones son nicas en su combinacin de tamao y de avanzada tecnologa.

Datos Tcnicos:

Ao de inauguracin: 1984-1987 Potencia transmitida: 3150+3150 MW Voltaje en CC.: 600 KV. Longitud de las lneas.: 785 Km. + 805 Km. Razones principales de elegir el sistema de la HVDC: Distancia, y

la conversin 50/60 hertzios.

Proyecto de Transmisin de Potencia HVDC de Leyte - Luzn, Filipinas

National Power Corporation tiene una instalacin HVDC monopolar de 440 MW y de 350 KV para transferir potencia de la central elctrica geotrmica en la isla de Leyte, a la parte meridional de la isla principal de Luzn y alimentar la red de corriente alterna existente en la regin de Manila. La interconexin mediante HVDC es muy beneficiosa tanto a la industria como a los habitantes del rea de Manila y adems el uso de la potencia geotrmica contribuye perceptiblemente a las mejoras ambientales a escala nacional as como una escala global. La conexin de la HVDC ha estado en funcionamiento desde el 10 de agosto de 1998.

Datos Tcnicos:

Grado De Potencia: 440 MW Voltaje De CC.: 350 kV Longitud de la lnea superior: 430 Km. Longitud del cable submarino: 23 Km.

Transmisin HVDC de Rihand-Delhi, India

National Thermal Power Corporation Limited construy una central elctrica termal a base de carbn, de 3000 MW de potencia, en el Distrito de Sonebhadra dentro del estado de Uttar Pradesh. Parte de la potencia de Rihand es llevada por la lnea HVDC que conecta Rihand-Delhi, que tiene una capacidad de 1500 MW para 500 kV DC. Parte de la potencia se transmite mediante las lneas existentes de corriente alterna de 400 KV. El objetivo bsico de la conexin HVDC es transmitir la potencia de Rihand eficientemente a la regin del norte, cumpliendo las necesidades de la regin. Haba varias razones por las que elegir HVDC en vez de AC de 400 KV. Las ms importantes eran razones econmicas, adems de unas prdidas ms bajas y una estabilidad y una controlabilidad mejores. La transmisin HVDC de Rihand-Delhi es la primera conexin comercial de la HVDC de larga distancia en la India.

Datos Tcnicos:

Ao de inauguracin: 1990 Potencia: 1500 MW Voltaje de CC.: 500 KV Longitud de la lnea: 814 Km. Razones principales para elegir HVDC: Larga distancia, estabilidad

Interconexin de Garabi de la Argentina y del Brasil

Uno de los desarrollos ms notables en corriente continua lo constituyen las dos lneas de interconexin elctrica entre Argentina y Brasil, con una capacidad total de transporte de 2.000 MW. El 1 de agosto de 2000, la Companhia de Interconexao Energtica (CIEN), puso en operacin comercial en la estacin conversora de Garab (Brasil) el cuarto y ltimo mdulo de 500 MW, correspondiente a la segunda lnea. Esta comienza en la regin de Rincn de Santa Mara en Argentina y a 135 Km. pasa a territorio brasileo, donde finaliza en la regin de It, ubicada a 365 Km. de la estacin conversora. El proyecto, perteneciente en un 55% a Endesa Espaa y el restante 45% a Endesa Chile, tuvo que sortear numerosas dificultades geogrficas y tcnicas,

convirtindose en la interconexin elctrica ms importante de Amrica Latina y una de las ms avanzadas del mundo. La segunda fase del proyecto, que arranc tras la entrada en operacin comercial de la primera fase en junio de 2000, se concluy en el tiempo rcord de 24 meses e involucr una inversin de 350 millones de dlares americanos, de los cuales 136 millones correspondieron a la compra de los equipos de alta tecnologa, aportados por la compaa ABB. La inversin global de las dos lneas supuso un desembolso de poco ms de 700 millones de dlares americanos, as como un gran esfuerzo humano y tcnico para levantar en una orografa compleja, dos mil torres de alta tensin, algunas de ms de cien metros de altura, tender unos mil kilmetros de lnea y construir dos estaciones conversoras de frecuencia, con cuatro mdulos conversores estticos AC-DC de 500 MW cada uno, trabajando en paralelo. El proyecto para la construccin de la segunda lnea de transporte tuvo su origen en las negociaciones mantenidas a lo largo de 1999 entre CIEN y la Compaa Panaerense de Energa (COPEL), que desembocaron a mediados de diciembre de ese ao en la firma de dos contratos a 20 aos para el suministro de 800 MW de potencia firme y energa asociada proveniente del Mercado Elctrico Mayorista (MEM) de la Repblica Argentina. Actualmente, CIEN tiene contratos por el total de la capacidad de transporte de sus dos lneas.

Al margen de las dificultades que supona tender los citados 1.000 kilmetros de red area, el principal reto que presentaba el proyecto era conectar dos sistemas elctricos de distinta frecuencia. En efecto, la diferencia de frecuencias y las peculiaridades tcnicas de los dos sistemas elctricos que se interconectaban (Argentina opera a 50 Hz. y Brasil a 60 Hz.) obligaron a los tcnicos a buscar soluciones innovadoras, incorporadas en los cuatro mdulos convertidores que actualmente funcionan en la central de Garab. Otro elemento relevante es que la estacin conversora permite transportar energa de forma bidireccional (capacidad inherente de cualquier sistema HVDC), lo que abre la posibilidad de exportar energa a Argentina y no slo a Brasil, en funcin de las necesidades y disponibilidad de los respectivos mercados.

Datos Tcnicos:

Ao de inauguracin: 2000 Potencia:2000 MW Voltaje De CC.: 70 KV. Longitud de la lnea: 365 Km.

Gotland, Estocolmo- Evacuacin De la Potencia Del Viento

En los ltimos aos con el avance de las formas renovables de energa se ha producido en la isla sueca de Gotland, en el mar bltico, una necesidad adicional de transmisin de potencia puesto que la capacidad de generar potencia del viento se ha ampliado de forma ostensible en la extremidad meridional de la isla. Por otro lado, la creciente sensibilidad medioambiental y el hecho que muchos lugares tursticos estn situados en Gotland, haca necesario que el impacto visual de las instalaciones fuera el mnimo. Por lo tanto, la tecnologa VSC's conjuntamente con cables subterrneos de corriente continua era la opcin obvia para este proyecto. Por consiguiente, en 1997, GEAB, la compaa elctrica local, acord instalar el primer VSC del mundo basado en el sistema HVDC de transmisin en Gotland. GEAB

pertenece a Vatenfall AB, siendo sta la compaa que ha financiado el proyecto junto con la Administracin Nacional Sueca de la Energa. Con 50 MW, el sistema transmite la potencia del viento, en la extremidad meridional de Gotland, a la ciudad de Visby, a unos 70 kilmetros. Funciona en paralelo con la conexin existente de corriente de alterna.

Datos Tcnicos: Ao de inauguracin: 1999 Potencia: 50 MW Voltaje de CC.: 80 KV. Longitud de la lnea: 70 kilmetros Razones

principales de la

de

elegir

el

sistema

HVDC:

Aspectos

medioambientales.

Directlink

Transnergie Australia, compaa perteneciente a de Hydro Quebec, y el distribuidor de energa NorthPower, de Nuevo Gales del Sur, acordaron el 21 de diciembre de 1998 el suministro del equipamiento para la conexin en Directlink. En esta conexin se usaron los cables de VSC y de corriente continua para la conexin de Queensland y de Nuevo Gales del Sur ms concretamente entre Terranora y Mullumbimby, situados a una distancia de 65 kilmetros. En la conexin se ha usado un cable subterrneo durante todo el recorrido su ruta entera, reduciendo al mnimo del impacto medioambiental. La interconexin realizada fue totalmente financiada por sus consumidores. Con la

conexin, de aproximadamente 180 MW hay suficiente potencia para proveer de energa a ms de 100.000 hogares.

Datos Tcnicos: Ao de inauguracin: 2000 Potencia transmitida: 180 MVA (3 x 50 MW) Voltaje de CC.: 80 kV Longitud de la lnea.: 65 kilmetros Razones principales de elegir el sistema de la HVDC: Aspectos ambientales y

plazo de expedicin corto.

En el mundo hay muchas ms instalaciones de HVDC, algunos de ellos los mostramos aqu:

Vamos a ver un poco ms en profundidad una de las instalaciones anteriormente expuestas, la transmisin de potencia Leyte-Luzn, en Filipinas:

Los recursos geotrmicos de Leyte tienen un gran potencial para conseguir energa de bajo coste y de alta calidad, requisitos ambos muy necesarios para satisfacer los necesidades de potencia cada vez mayores de Filipinas. El uso de la potencia geotrmica contribuye perceptiblemente a mejoras ambientales en un mbito nacional as como a escala global.

1. Objetivos de la instalacin

El principal objetivo del proyecto de transmisin de potencia de Leyte-Luzon es interconectar los sistemas de potencia de las islas de Leyte y de Luzon con una transmisin HVDC. El proyecto permite la transmisin de la energa elctrica generada en las reservas geotrmicas en Leyte a varios lugares. Con ello se facilita el uso de la energa geotrmica generada en el rea de Leyte. El proyecto forma una conexin vital dentro del Programa de Desarrollo de Potencia de

Napocor. La potencia fluye con direccin de Leyte a Luzn, con lo que la estacin de convertidor de Ormoc acta como rectificador y la estacin de convertidor de Naga como el inversor. Las estaciones terminales del convertidor y el cable se han hecho con la participacin de ABB Power Systems AB, Suecia; ABB Power Inc., Marubeni Corporation, Japn, y evidentemente Filipinas, lo que nos da una idea de la dimensin del proyecto.

2. Financiacin

El proyecto fue financiado sobre todo por el Banco Mundial con 113 millones de dlares. Otra gran parte de la financiacin la realizo el Export Import Bank of Japan, con 56 millones de dlares. El Fondo Global para el Medio Ambiente y la Corporacin Sueca para Inversin y Soporte tcnico participaron en la financiacin con 15 y 41 millones de dlares respectivamente

3. Componentes principales del sistema

El sistema unipolar de la HVDC de Leyte-Luzn se compone

principalmente por lo mostrado en la siguiente figura:

Centrales conversoras situadas

en Naga (Luzn) y Ormoc (Leyte) Los cables HVDC atraviesan el

estrecho del San Bernardino, 23 kilmetros redundante). (un cable es

Estaciones terminales situadas en Cabacungan (Samar) y Sta. Magdalena

(Luzn) Lnea bipolar de superficie dividida en dos secciones de 180 kilmetros (Luzn)

y 240 kilmetros (Leyte-Samar). Lneas de electrodo, 15 kilmetros en Luzn y 25 kilmetros en Leyte.

4. Centrales Conversoras

Las vlvulas conversoras, las reactancias (240 mH) y los transformadores de los convertidores son del mismo tipo en ambas estaciones terminales, para los 440 MW y 350 KV de continua. Las vlvulas estn suspendidas en el aire, usando una

configuracin cudruple, estando refrigeradas por agua y aisladas del aire y los transformadores son del tipo una fase con triple devanado. En la estacin conversora de Ormoc, hay tres bancos de filtros iguales (35 MVAr cada uno) para la corriente alterna, cada uno con una rama doblemente sintonizada al armnico 11 y 13 y con un filtro de banda ancha. La estacin de convertidor en Naga tiene dos bancos de filtros (70 MVAr cada uno) de diseo similar a los de Ormoc, y una batera de filtros paso alto para el tercer armnico (78 MVAr). Cada uno de las bateras de filtro en ambas estaciones est conectada con la estacin conversora con los 230 KV alternos a travs de un circuito de potencia. El uso de lneas de superficie hace necesario el filtrado de armnicos de la salida de corriente, siendo sta la razn de la instalacin de filtros de continua para la eliminacin de armnicos.

5. Electrodo de masa

Leyte-Luzn, al ser un sistema unipolar, debe tener una baja resistividad para el camino de vuelta. Los electrodos de masa fueron considerados como la solucin ms apropiada, teniendo el mnimo impacto en el medio ambiente. Los electrodos situados en Albuera (Leyte) y Calabanga (Luzn) se componen de 40 electrodos secundarios cada uno con dos unidades para un total de 80 unidades por

lugar. Los electrodos secundarios estn situados en dos filas paralelas, a unos 200 metros a lo largo de la orilla y a profundidades que varan de los 10 a los 13 metros. La corriente entre los electrodos secundarios se balancea mediante resistores, conectndose en serie. Es necesario tambin un equipo para detectar fallos en la lnea. Las pruebas hechas durante su construccin han de mostrado que no se detectan voltajes demasiado elevados en la zona, lo cual es positivo para el medio ambiente de la zona.

6. Cables HVDC y estaciones terminales

Dos cables recubiertos de aceite fueron elegidos para cruzar el estrecho del San Bernardino sobre una distancia de 23 kilmetros entre Sta. Magdalena en la isla de Luzn, y Cabacungan, en la isla de Samar. Los cables se sumergen a una profundidad de unos 10 metros. Un cable es capaz de llevar continuamente corriente e incluso soportar corriente de sobrecarga, lo cual significa que el otro cable puede ser considerado completamente redundante. En el modo de funcionamiento normal, los cables funcionando forma paralela, lo cual contribuye a unas menores prdidas. Un consorcio japons conformado por Nissho Iwai Corporation, Hitachi Cable Ltd., Fujikura Ltd. y Kanematsu Corporation fue contratado para el diseo, la fabricacin, la instalacin y la supervisin de los cables. Los cables fueron transportados y puestos en abril de 1996. Las pruebas de campo, es decir, en el lugar insitu, fueron realizadas con xito a principios de 1997 y las

estaciones terminales del cable fueron terminadas ms adelante en igual ao. Para la mejor ruta posible del cable en las profundidades marinas se us de forma extensa cmaras fotogrficas manejadas desde superficie, evitando as importantes obstculos, pero esto no fue suficiente. Para la proteccin de los cables frente a las corrientes submarinas se probaron distintas estrategias, resultando la ms satisfactoria la proteccin de los cables con rocas. Con ello, alrededor de 1,5 Km. de cable (45 secciones de cable) fue protegido mediante este mtodo. Trabajos posteriores han demostrado ser ste un buen mtodo. No se ha experimentado ningn problema con los cables desde la instalacin en abril de 1996.

7. Transmisin de alto voltaje y lneas de electrodo

La lnea para la transmisin HVDC comienza en la estacin conversora de Ormoc, a travs de Leyte y las islas Samar terminando en la estacin Cabacungan. De la estacin termina de Sta. Magdalena en la isla de Luzon, la lnea va para la estacin conversora de Naga. Ms que la mitad de esta ruta de va por terrenos montaosos y muy escarpados, y con riesgo de derrumbamientos. La mayora de la otra mitad de la lnea pasa por campos de arroz y otros cultivos. Debido a lo variado de suelos encontrados a lo largo de la ruta de los cables, fueron utilizados diversos diseos de torres. Uno de los aspectos ms importantes en el diseo de la lnea ha sido la capacidad para soportar velocidades de viento de hasta 270 kilmetros por hora. Esto ha dado lugar a unos rigurosos criterios de diseo en el que se han incluido aspectos para tener en cuenta posibles terremotos. Para asistir a la localizacin de incidentes, un localizador de incidente de la lnea de corriente continua se ha incorporado en el equipo de la estacin de convertidor. Las lneas del electrodo van de las estaciones conversoras en ormoc y Naga a las respectivas estaciones de electrodo en Albuela y Cabalanga. ABB SAE Sadelmi S.p.A., (Italia) fue la empresa a la que se le concedi el contrato para el electrodo y las lneas superiores de transmisin.

8. Sistema de Control

Para las aplicaciones HVDC, el control y el sistema de proteccin es una parte esencial en el funcionamiento total del sistema de transmisin. El sistema de control y de proteccin MACHTM (Modular Advanced Control for HVDC), utiliza la ultima tecnologa del campo de la electrnica y de los microprocesadores. Una caracterstica de MACH es la completa automatizacin de los sistemas de control y de proteccin. Entre las caractersticas principales del MACH se encuentra el uso de sistemas abiertos de interconexin. La estrategia de los sistemas abiertos se refleja en el uso de los puertos serie y paralelos estndares, as como en el uso de formatos estndares para todos los datos recogidos (tales como acontecimientos, alarmas, etc). Integrado con el equipo de control y proteccin MACH est la estacin de control y vigilancia (Station Control and Monitoring). Los ordenadores (PCs) estn

interconectados por una red de rea local Ethernet. La conexin para la transmisin HVDC puede ser remotamente controlada desde Manila (Diliman), donde todas las funciones importantes de alarma/indicacin estn disponibles. Es sistema de control para Leyte-Luzn incluye un modo de Control de Potencia de Emergencia y un modo de Control de Frecuencia adems del control de la potencia normal. El principal propsito del Control de la Potencia de Emergencia (EPC) es cambiar rpida y automticamente la potencia continua cuando los parmetros alternos se desvan de sus valores nominales. Esto se hace para contrarrestar de forma rpida la salida de potencia en caso de que se produzcan alteraciones dentro de la red de corriente alterna de Luzn. El control EPC tambin est disponible en la estacin conversora de Naga requiriendo el buen funcionamiento del sistema de comunicaciones. El modo de control de la frecuencia est disponible en Ormoc durante el flujo normal de potencia. El control de la frecuencia se limitar a mantener la frecuencia de la red alterna en los 60 Hz, frecuencia a la que trabaja la red de Leyte. Por ltimo hay que tener en cuente que cualquier accin del control de potencia de emergencia realizada en Naga reemplazar e invalidar el control de la frecuencia en Ormoc.

9. Experiencias de funcionamiento

Esta es la primera vez que un sistema HVDC se conecta directamente a una red alimentada solamente por potencia geotrmica. La prueba del sistema fue terminada el 12julio de 1998. Despus de cuatro semanas de ensayos, la conexin comenz a funcionar comercialmente el 10 de agosto de 199. Los resultados obtenidos desde finales de 1998 hasta nuestros das han sido muy satisfactorios, dando lugar a grandes perspectivas para los sistemas HVDC en el futuro.

10. Conformidad Medioambiental

El proyecto de Leyte proporciona una energa

muy necesaria en las Filipinas

desarrollando el uso de una fuente energtica mucho mejor, desde el punto de vista medioambiental, que las consideradas tradicionales. Adems, el proyecto tiene un descenso significativo las en emisiones que se producen, teniendo en cuenta que una estacin elctrica convencional (basada en la quema de

carbn) causara unas emisiones de dixido de carbono (CO2) de 15 a 20 veces mayores. En definitiva, el uso del vapor geotrmico para la generacin de potencia, ofrece ventajas ambientales considerables.

11. Futuras Extensiones

El proyecto tiene ciertas preinversiones para futuras extensiones. Tales preinversiones incluyen parte del edificio de servicio, piezas de repuesto para cada estacin, diseo del equipo para la futura instalacin as como la preparacin de la instalacin para el sistema bipolar. Adems, la preinstalacin para convertir el sistema a bipolar ya est hecha, simplificando as la posterior conversin del sistema a bipolar. Una interconexin HVDC entre Leyte y Mindanao est bajo investigacin que terminara en plan total para interconectar Luzn, Visayas y Mindanao redes ya existentes en una sola red nacional.

12. Conclusin

Con esta primera conexin HVDC conectando las islas de Leyte y Luzn, la primera parte del plan para interconectar las redes existentes en Luzn, Visayas y Mindanao se ha alcanzado. Los recursos geotrmicos de Leyte tienen el potencial para conseguir energa barata y de calidad, requisitos ambos muy necesarios para cubrir los requisitos de potencia cada vez mayores de Filipinas. El desarrollo de recursos geotrmicos implica el uso de una energa preferible desde un punto de vista medioambiental, evitando el carbn e importaciones de aceite, y dando como resultado un sistema de generacin de energa ms robusto. Adems, en el proyecto Leyte-Luzn da la oportunidad de observar las ventajas asociadas al uso de recursos energticos renovables.

7.- HVDC en la nueva industria de la electricidadPodemos preguntarnos cuando se elige un sistema HVDC antes que uno basado en la transmisin de corriente alterna. Las razones principales por las que hasta ahora se elega HVDC eran: para transmitir grandes cantidades de potencia (> 500 MW) sobre largas

distancias (>500 Km.). para interconectar dos redes de corriente alterna de manera asncrona.

Los sistemas HVDC siguen siendo la mejor opcin desde el punto de vista econmico y ambiental para las aplicaciones anteriormente propuestas. Sin embargo, en los ltimos tiempos, estn sucediendo acontecimientos que pueden hacen cambiar el mercado elctrico: desarrollo de la tecnologa desregulacin de la electricidad gran esfuerzo en la conservacin del medio ambiente

Esto est haciendo que cambien las tendencias, lo cual podr hacer de los sistemas HVDC la alternativa preferida a los sistemas de alto voltaje en corriente alterna. Con los avances tecnolgicos, los cables para corriente continua, llegan a ser econmicos para potencias mucho menores, hasta 200 MW, y distancias de transmisin de apenas 60 Km. Por otro lado, La HVDC proporciona un control mucho mejor de la transmisin de potencia lo que conlleva una mejoras al proporcionar el servicio. Con la desregulacin del mercado se han producido nuevos fenmenos como las transferencias bidireccionales de potencia, dependiendo de las condiciones del. Los sistemas HVDC permiten los flujos de potencia bidireccionales, algo que no es posible con los sistemas de corriente alterna (se requeriran dos sistemas en paralelo) En el pasado, cuando el servicio de transmisin era funcin de un gobierno, la adquisicin de la pista y los derechos de paso era relativamente ms fcil. Con la liberalizacin, el servicio de transmisin est generalmente a cargo de corporaciones privadas e incluso entidades. La adquisicin de la pista y/o los derechos de paso ahora es una porcin significativa de los costes del proyecto. Una vez que estos costes se incluyan en su totalidad en un anlisis econmico de HVDC contra alternativas de corriente alterna, se puede ver que

la HVDC es mucho ms econmica en este aspecto, puesto que requiere mucho menos sitio para un nivel dado de potencia. Por otro lado, en reas sensibles ambientalmente, tales como parques nacionales, una impacto ms bajo como el de los sistemas de la transmisin de la HVDC frente a los sistemas alternos se convierte en la nica manera factible de realizar la conexin de potencia. Por todo ello, es absolutamente concebible que con las circunstancias cambiantes en la industria de la electricidad, el progreso tecnolgico, y las consideraciones ambientales, HVDC ser la alternativa elegida en muchos proyectos de transmisin.

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