MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO resumen de la memoria para optar al titulo de ingeniero...

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  • UNIVERSIDAD DE CHILE FACULTAD DE CIENCIAS FSICAS Y MATEMTICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERA ELCTRICA

    CONTROL DE SISTEMAS HVDC

    MEMORIA PARA OPTAR AL TTULO DE INGENIERO CIVIL

    ELECTRICISTA

    FABIN ALONSO ELGUETA JAQUE

    PROFESOR GUIA: LUIS VARGAS DAZ

    MIEMBROS DE LA COMISIN:

    OSCAR MOYA ARAVENA DIEGO PIZARRO GONZALEZ

    SANTIAGO DE CHILE MARZO 2008

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    RESUMEN DE LA MEMORIA PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA POR: FABIN ALONSO ELGUETA JAQUE FECHA: 14/04/2008 PROF. GUA: SR. LUIS VARGAS DAZ

    CONTROL DE SISTEMAS HVDC

    Los sistemas de transmisin de energa en corriente continua han aumentado considerablemente en el ltimo tiempo; este tipo de transmisin presenta, para ciertas aplicaciones, varias ventajas en comparacin a la transmisin tradicional en corriente alterna. Entre sus principales usos se destaca la transmisin de energa a largas distancias y la transmisin subterrnea, caracterizndose por su alta controlabilidad, seguridad y precisin. Estos sistemas necesitan gran cantidad de componentes, con diferentes funciones entre s para poder operar de forma ptima, por lo que su correcta implementacin presenta varios desafos. El sistema de control de estos enlaces puede ser considerado como uno de los elementos ms complejos e importantes del sistema HVDC, ya que en un alto grado determina toda la forma de funcionamiento tanto del sistema HVDC como de los sistemas AC conectados por el enlace. El objetivo general de este trabajo consiste en modelar un sistema de control de un enlace HVDC, con el cual se puedan estudiar tanto las principales fallas que afectan a estos sistemas como las acciones de control que se emplean para minimizar el efecto de estas fallas. El trabajo realizado se puede dividir en cuatro etapas: una etapa de investigacin y modelacin del sistema de control, una etapa de validacin del sistema modelado, una etapa donde se estudia el sistema de control funcionando en el SIC con el proyecto hidroelctrico Aysn y, finalmente, una etapa donde se analiza el enlace HVDC controlando la tensin AC en la estacin inversora. Como resultado de la etapa de investigacin se propone un sistema de control, con un conjunto de elementos auxiliares necesarios para el correcto funcionamiento del enlace HVDC. Para validar el sistema de control, se lo implementa en la red de prueba Benchmark de CIGR, y se comparan diferentes simulaciones de fallas caractersticas de los sistemas estudiados, con simulaciones de diferentes sistemas de control encontrados en la literatura actuando en la misma red de prueba Benchmark y frente a las mismas fallas. Los resultados encontrados luego de comparar el tiempo de estabilizacin, de subida y peak de corriente en las fallas simuladas, validan el funcionamiento del sistema de control modelado. Al incorporar el sistema de control al enlace HVDC Aysn-SIC, y realizar estudios de flujos de potencia, de estabilidad transitoria y falla permanente de la lnea DC, se pudo mostrar que en todos los casos analizados los sistemas estudiados cumplen con los requisitos exigidos por la Norma Tcnica de Seguridad y Calidad de Servicios. Para todas las contingencias simuladas, el sistema HVDC muestra un comportamiento aceptable, logrando evitar que los sistemas AC conectados por el enlace presenten problemas asociados a la estabilidad de tensin. Los resultados obtenidos en la ltima etapa, muestran que al incorporar un sistema de control del voltaje AC en el enlace HVDC, es posible controlar la potencia reactiva consumida por las estaciones conversoras, controlando de esta forma la tensin AC en los terminales del enlace. A lo largo del trabajo, se discute la necesidad de sincronizar la accin de este control con filtros o bancos de condensadores, con el fin de asegurar la operacin econmica del enlace. En cuanto a las restricciones de este control, se analiza la necesidad de limitarlo cuando se presenten disminuciones del voltaje AC.

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    INDICE DE CONTENIDOS

    INDICE DE CONTENIDOS ....................................................................................................................... 3

    INDICE DE ANEXOS ................................................................................................................................. 5

    SIMBOLOGA ............................................................................................................................................. 6 1.-INTRODUCCIN ........................................................................................................................ 7

    1.1.- Antecedentes ........................................................................................................................... 7 1.2.- Objetivos ................................................................................................................................. 9 1.3.- Estructura de la memoria ...................................................................................................... 10

    2.-TRANSMISIN HVDC ............................................................................................................. 11

    2.1.-Introduccin ........................................................................................................................... 11 2.2.-Ventajas y Desventajas Transmisin HVDC ......................................................................... 11

    2.2.1.- Consideraciones Tcnicas ............................................................................................................ 11 2.2.2.- Consideraciones Econmicas ....................................................................................................... 12 2.2.3.- Consideraciones Ambientales....................................................................................................... 13

    2.3.- Tecnologa HVDC clsica o LCC ......................................................................................... 14 2.3.1.- Funcionamiento del rectificador .................................................................................................. 15 2.3.2.- Inversin del flujo de potencia ..................................................................................................... 16 2.3.3.- Voltajes y Corrientes .................................................................................................................... 16 2.3.4.- ngulos en las estaciones conversoras ........................................................................................ 17 2.3.5.- Compensacin de potencia reactiva ............................................................................................. 18 2.3.6.- Rectificador de 12 pulsos ............................................................................................................. 19 2.3.7.- Fallas de conmutacin ................................................................................................................. 20

    2.4.-Configuraciones y Modos de Operacin ................................................................................ 21 2.4.1.- Punto a punto ............................................................................................................................... 21 2.4.2.- Monopolar con retorno por tierra ................................................................................................ 21 2.4.3.- Monopolar con retorno metlico .................................................................................................. 22 2.4.4.- Bipolar .......................................................................................................................................... 22 2.4.5.- Multiterminal ................................................................................................................................ 23

    2.5.-Componentes de un Sistema de Transmisin HVDC ............................................................ 23 2.5.1.- Transformadores de conversin ................................................................................................... 24 2.5.2.- Armnicas y filtros ....................................................................................................................... 24 2.5.3.- Reactor de alisamiento ................................................................................................................. 25 2.5.4.- Sistema de puesta a tierra ............................................................................................................ 26

    3.-SISTEMAS DE CONTROL HVDC ......................................................................................... 27

    3.1.- Introduccin .......................................................................................................................... 27 3.2.- Principios Bsicos de Control ............................................................................................... 28

    3.2.1.- Principios del control ................................................................................................................... 28 3.2.2.- Control bsico .............................................................................................................................. 30 3.2.3.- Control de corriente en el inversor .............................................................................................. 31 3.2.4- Curvas Vd vs Id ............................................................................................................................ 31 3.2.5.- Caractersticas reales ................................................................................................................... 32 3.2.6.- Lmite de corriente ....................................................................................................................... 34 3.2.7.-