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Compensadores Flexibles de Potencia Reactiva

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Compensadores Flexibles de Potencia Reactiva

Introducción breve de la tecnología SCSR / MCSR

Noviembre 2015 SKRM 2

Sistema CSR – una solución flexible muy eficiente

•  El Sistema CSR (SCSR), que esta basado en un reactor controlado magnéticamente (MCSR) es una solución muy flexible, eficiente, y está ganando rápida aceptación

•  El MCSR – es una solución única que ofrece ventajas substanciales en el área de la administración flexible de la potencia reactiva en sistemas eléctricos AC

•  El MCSR ayuda a resolver un amplio rango de problemas en el sector eléctrico de manera eficiente y a un costo atractivo

Noviembre 2015 SKRM 3

MCSR 180 Mvar 330 kV para BELENERGO SS «Baranovichi» (Belarus)

Principio de operación del MCSR

4

IPW

UCW UPW ~

ΨPW ~

Ψ

ΨCW

I

ΨCW

ΨPW

IPW

1) Cuando el bobinado primario esta conectado a la red, aparece un flujo magnetico ΨPW dentro del nucleo magnetico, que es inducido por la corriente sin carga IPW en el bobinado principal

ΨΣ

2) Cuando se aplica la corriente directamente al bobinado de control, aparece flujo magnetico directo adicional ΨCW en el nucleo magnético 3) El flujo magnetico agregado incrementa: ΨΣ = ΨMW +ΨCW 4) Cuando el flujo magnetico alcanza la zona de saturacion tecnica del nucleo, debido al flujo magnetico adicional inducido por el bobinado, se produce un incremento dramatico de la corriente en el bobinado principal

∆I

SKRM

El núcleo magnético del MCSR dentro de la bobina primaria (PW) está equipado con una bobina de control (CW).

Noviembre 2015

Diagrama eléctrico completo del SCSR (ejemplo)

Noviembre 2015 5 SKRM

Composición del Sistema SCSR

SKRM 6

Rectificador Semiconductor alimentado por un transformador

pequeño Filtros de armónicos Parte Electromagnética (MCSR)

Noviembre 2015

Tecnología MCSR / SCSR gana acepción rápidamente

A partir del 1998 hasta presente fueron ejecutados mas que 90 proyectos con tecnología MCSR en Rusia, Kazajstán y otros países. Todos los proyectos fueron exitosos.

Noviembre 2015 SKRM 7

1   2   3   6  9  

12  

22  26  

38  

51  54  

66  

74  

90  

1998   2002   2003   2004   2005   2006   2007   2008   2009   2010   2011   2012   2013   2014  

Proyectos SCSR / MCSR ejecutados durante 1999 - 2014

Tipos de SCSR / MCSR

Noviembre 2015 SKRM 8

Tipos de SCSR / MCSR

La tecnología SCSR ofrece mucha flexibilidad. Hay varias opciones para seleccionar soluciones bien customisadas para diferentes tareas o circunstancias: -  los reactores pueden ser monofásicos o trifásicos -  los Sistemas CSR y MCSR pueden ser controlados por fase o en modo

simétrico -  el SCSR puede ser distribuido: reactores (MCSR) y bancos de capacitores

conectados a diferentes barras de la subestación -  puede diseñarse para cualquier nivel de voltaje -  el SCSR puede ser diseñado con bancos de capacitores conmutables o no

conmutables -  los bancos de capacitores pueden conectarse en paralelo con el MCSR o al

secundario de la parte electromagnética (MCSR), o una conexión mixta -  instalados en las barras y en la línea -  etc.

Noviembre 2015 SKRM 9

Tipos de SCSR: monofásicos y trifásicos, para varios niveles de voltaje

Diciembre 2014 SKRM 10

3 MCSR monofásicos de 60 Mvar 500 kV SE «Tavricheskaya» (Russia)

MCSR trifásico de 180 Mvar 500 kV SE «Agadyr» (Kazahstan)

Los SCSR / MCSR pueden diseñarse para cualquier nivel de voltaje, con reactores monofásicos y trifásicos. El control del SCSR puede ser por fase o simétrico.

Diagramas unifilares típicos del Sistema CSR

L o s c a p a c i t o r e s p u e d e n conectarse directamente a las barras de alta tensión, en paralelo con el reactor o al devanado secundario del MCSR.

Los Sistemas CSR pueden d iseñarse con bancos de capacitores que se conmutan o con la parte capacitiva no conmutable.

SKRM 11 Dicimbre 2014

Variedad de esquemas de SCSR

Sistema CSR 6 – 35 kV

12

SCSR típico SCSR sin conmutaciones

Arc-supresión MCSR SCSR de tipo combinado

Balancing SCSR

Noviembre 2015 SKRM

MCSR de línea

Noviembre 2015 SKRM 13

Energización del MCSR (dinámicas de voltaje y la corriente del MCSR):

•  SCSR gana 100% de capacidad instantáneamente y después ajusta suavemente para estabilizar el voltaje al nivel referido

•  Tiempo de estabilización (dentro Uref ± 5%) es menor que 100 ms

Con tal característica los MCSR pueden conectarse a la línea, no solo a las barras

MCSR de línea

Noviembre 2015 SKRM 14

Problemas con voltaje en líneas largas

Noviembre 2015 SKRM 15

400 km

1 2 3

U kV

553,9

Q Mvar

423,7

l

l

-423,7

500

0

3xAC 300/66 400 km

3xAC 300/66 Un ejemplo de línea larga de 500 kV: •  Xcc de los sistemas

cercanas y la resistencia activa de los conductores son iguales a 0.

Problema: •  Sin compensación de

potencia reactiva, la tensión en el punto central de la línea larga en régimen en vacío o con cargas bajas y regímenes de sincronización superan la tensión nominal en mas de 10,6%

Efectos de reactancias fijas en derivación

Noviembre 2015 SKRM 16

-222,2 183,7

180 Mvar

515,3

222,2

500

0

183,7

180 Mvar

l

l

U kV

Q Mvar

•  La conexión de los

reactores fijos lleva a la reducción de la tensión en el punto central y a la reducción del flujo de la potencia reactiva a los sistemas cercanas.

•  La instalación de dos reactores de 180 Mvar resulta en la desviación de la tensión nominal menos de 0,6% y en la reducción de flujos de potencia reactiva en 1,91 veces.

400 km

1 2 3

3xAC 300/66 400 km

3xAC 300/66

Característica angular y perfil de tensión durante carga máxima

Noviembre 2015 SKRM 17

Los reactores fijos:

•  limitan las sobretensiones durante el régimen de vacío o carga mínima,

pero

•  reducen los limites de la potencia transmisible (por 10% en este ejemplo), y

•  resultan en una reducción de voltaje

U, kV

P, MW

1144

1044

835,2

-451,8

-495,5

915,2

l

δ

Sin reactores

Con reactores

Sin reactores

Con reactores

Pmax=0,8·Plim

Pmax=915,2

Pmax=835,2

Introducción en el esquema de un Compensador Estático flexible de Reactivos (CER)

Noviembre 2015 SKRM 18

La estabilización de la tensión en el escenario con reactores fijos se puede alcanzar con la instalación en las barras de la subestación de un Compensador Estático de Reactivos (CER) con un rango capacitivo correspondiente (por ejemplo, de tipo SVC o de tipo SCSR).

CER

Características angulares y regímenes de cargas máximas de línea con CER

Noviembre 2015 SKRM 19

•  La instalación del CER proporciona estabilización de tensión y aumento del limite de potencia transferible hasta 2 veces.

•  Pero, por la existencia de reactores fijos se necesita de una gran potencia capacitiva del CER.

915,2-j12,6 915,2+j12,6

-j180 -j180

+j385,3 CER

500 kV

3xAC 300/66 3xAC 300/66

2067

1144

P, MVA

δ

0+j201 0-j201

-j42 CER

500 kV

3xAC 300/66 3xAC 300/66

-j180 -j180

con CER

sin CER

Mejoramiento de esquema: reemplazo de reactores fijos de línea con MCSR de línea

Noviembre 2015 SKRM 20

•  La estabilización de tensión se puede proporcionar con el cambio de los reactores fijos por reactores controlados instalados en la línea.

•  En este caso, el CER no es necesario. •  Como resultado, la cantidad de equipos de compensación y su potencia sumada se reducen, y

como secuencia – el costo de inversión.

CER

Características angulares y característica V-I de SCSR •  La característica angular de línea con MCSR es casi igual a la de línea sin equipos de

compensación. •  La característica angular de línea con CER de barra y de la con MCSR de línea es igual

Noviembre 2015 SKRM 21

2067

1144

P, MVA

δ

con MCSR de línea

sin CER

Régimen de línea en vacío con MCSR de línea

Noviembre 2015 SKRM 22

MCSR de línea en régimen de control de voltaje pueden asegurar la tensión nominal (U=500 кV), utilizando su capacidad de sobrecarga

0+j182 0-j182

-j182

505,1 kV 500 kV 500 kV

500 kV 500 kV 0+j201 0-j201

3xAC 300/66 3xAC 300/66

3xAC 300/66 3xAC 300/66

500 kV

MCSR de línea con control de corriente: I=const

-j182

-j201 -j201

Régimen de carga máxima con MCSR de línea

Línea con MCSR de línea

Para sostener la tensión nominal de 500 kV se necesita solamente 25,3 Mvar, lo que se proporciona por la potencia reactiva emitida por los filtros harmónicos de MCSR (típicamente 5-10% de capacidad de MCSR)

Noviembre 2015 SKRM 23

915,2-j12,6 915,2+j12,6

+j12,6

500 kV 500 kV

495,5 kV 500 kV 915,2-j0 915,2+j0

3xAC 300/66 3xAC 300/66

3xAC 300/66 3xAC 300/66

500 kV

500 kV

Q=0 Q=0

+j12,6

MCSR de línea: ejemplos de instalaciones

Noviembre 2015 SKRM 24

Sistema Norte de Angola

25 SKRM

– 220 kV

– 400 kV ~300 km

•  Se construyó una línea de transmisión de 400KV, de cerca de 300 km de longitud con una capacidad natural de mas de 600 MW

•  La línea trabajaba con una carga menor que su capacidad natural y generaba una potencia reactiva excesiva, de hasta 200 MVAr, que pasaba por los generadores de la UHE Capanda y también resultaba en un voltaje elevado en la SE Viana.

600 MW 160/

~200 МVAr

Noviembre 2015

Solución para LT 400 kV Capanda - Viana

La solución presentada garantiza: •  Un aceptable perfil de tensión a lo largo de la línea. •  En el caso de rechazo de carga total, tanto la LT 400KV así como el sistema adjunto de

200 KV permanecen conectados

26

Viana Lucala Capanda

SCSR 100 MVAr

400 kV

SCSR 100 MVAr

400 kV

SKRM Noviembre 2015

SS Viana 23.02.14 waveform A1N1EY80 from ER

Estabilización de voltaje, un ejemplo

Noviembre 2015 27 SKRM

Cronograma de 24 horas de operación del SCSR en Viana. Alterando su potencia el SCSR estabiliza la tensión en las barras de 400 kV dentro del rango establecido de forma muy precisa.

Umin = 388,6 kV

Imax = 127,1 A

Imin = 2,6 A

Umax = 408,2 kV

Desempeño durante fallas en el sistema

Noviembre 2015 28 SKRM

Un ejemplo de comportamiento dinámico del SCSR, mostrando su respuesta paramétrica y la calidad de estabilización de voltaje posterior a la falla.

SS Viana 26.02.14 waveform A1N1LBT1 from ER

Imax = 74.4 A Imin = 3.6 A

Umax = 400 kV Umin = 320.6 kV

Proyecto Moyobamba - Iquitos

Noviembre 2015 29 SKRM

Línea de transmisión Moyobamba – Iquitos: -  220 kV; -  613 km. Objetivos: •  Asegurar la capacidad

de transmisión necesaria

•  Asegurar la estabilidad del voltaje en Iquitos.

•  Asegurar un perfil de voltaje aceptable y la estabilidad de voltaje a lo largo de la línea Carhuaquero – Cajamarca – Caclic – Moyobamba – Iquitos;

•  Asegurar la adecuada energización de la línea.

Solución inicial y solución alternativa

Noviembre 2015 SKRM 30

                                                                 

Solución base (“clásica”) con reactores fijos, compensación serie, síncronos y SVC:

Solución alternativa, utilizando tecnología de MCSR de línea: los 8 equipos de compensación se sustituyen por 2 sistemas SCSR. Se asegura un mejor desempeño del transito.

Conclusiones

Noviembre 2015 SKRM 31

Conclusiones

1.  En últimos 15 años esta “nueva” tecnología de MCSR / SCSR ha ganado aceptación y ha mostrado una experiencia de uso excelente.

2.  La tecnología ofrece gran flexibilidad y permite varias combinaciones de esquemas de SCSR.

3.  A comparación con otros compensadores flexibles de reactivos, los Sistemas CSR y MCSR pueden ser de línea, y no solo de barra.

4.  Aplicación de MCSR de línea expande las opciones para proyectos, ofreciendo soluciones eficientes y robustas para aumentar la capacidad de las líneas y mantener el voltaje estable, minimizando la cantidad de equipamientos.

Noviembre 2015 SKRM 32

GRACIAS POR SU ATENCION!

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