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Introducción a los Enlaces de Continua

de Alta Tensión (HVDC)

Introducción a los enlaces de corriente

continua de alta tensión

Luis Fernández Beites

Universidad Politécnica de Madrid.

12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 1

GESTE 2012 Opciones de futuro

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2 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro

ELECTRONICA DE POTENCIA (1950 válvulas 1970 electrónica)

DISTANCIAS MEDIAS GRANDES DISTANCIAS

HACE ALGÚN TIEMPO (hasta 1950)

TRANSPORTE A DISTANCIAS MEDIAS DISTANCIAS CORTAS

INVENTO DEL TRANSFORMADOR (1886)

ALTERNA ALTA TENSIÓN CONTINUA BAJA TENSIÓN

INICIO DE GENERACIÓN

ALTERNA MEDIA TENSIÓN CONTINUA MEDIA TENSION

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GESTE 2012: Opciones de futuro 3 12 de Noviembre 2012

Tensiones hasta 1000 kV

km de circuito 2007 2008 2009 2010 2011

400 kV 17.134 17.686 17.977 18.765 19.622

220 kV 16.457 16.558 16.698 17.352 18.218

150-132-110 kV 75 75 75 280 295

<132 kV - - - 1.998 1.998

Total 33.665 34.319 34.750 38.395 40.133

España REE

P no es controlable

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Cables

33 kV 100-150 kVAr/km (292-438 nF/km)

132 kV 1 MVAr/km (183 nF/km)

400 kV 6-8 MVAr/km (119-159 nF/km).


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REDRED

Continua AlternaAlterna

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Costes por servidumbre de paso

Pérdidas De transporte

De conmutación (especialmente en VSC)

Coste de la instalación

Montaje

Conductores

Torres

Transformadores

12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro

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Pérdidas

Por resistencia de los conductores

Efecto Skin

Por dieléctrico

Por conmutación

33% menor en HVDC

Inexistente en HVDC

Despreciable en HVDC

Inexistente en HVAC

En general, un enlace HVDC siempre va a presentar menos

pérdidas que su equivalente en HVAC (a igualdad de

potencia nominal)


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Costes de la instalación

Conductores

Torres

Estaciones convertidoras

33% menor en HVDC (2 conductores frente a 3)

Menores en HVDC (más compactas)

Importantes. Sólo en HVDC


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Costes por servidumbre de paso Menores en HVDC


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COSTE VS. DISTANCIA


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Curva Coste-Distancia

en 1971.

La longitud mínima de

enlace a partir de la cual

era rentable montar un

HVDC era de 500 millas

(aprox. 800km)

Curva Coste-Distancia

en la actualidad.

La longitud mínima de

enlace a partir de la cual

hoy en día es rentable

montar un enlace HVDC

es <100 km


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Limitación de Transporte

Un enlace HVDC permite transportar mayores potencias a más distancia.

No afectan los efectos capacitivos en los cables.


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Corriente de Cortocircuito

El HVDC no aporta corriente de cortocircuito a la parte de alterna

Problema si alimenta a red débil.

El HVDC no aporta corriente de cortocircuito a la parte de alterna no

hay que modificar las protecciones existentes

Control de flujos de potencia

El HVDC permite controlar la potencia circulante

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Ventajas Inconvenientes

Permite conectar redes asíncronas

Alto ratio potencia/conductor

Permite controlar potencia activa

Absorción de perturbaciones

Incrementa la estabilidad de la red

Se puede usar “retorno por tierra”

Menores pérdidas en la línea

Baja corriente de cortocircuito en el

lado de alterna

× Coste de los convertidores

× Baja capacidad de sobrecarga

× Armónicos

× Complejidad del control

× Baja corriente de cortocircuito en

el lado de alterna


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ENLACE LEYTE-LUZON: DATOS DE LA INSTALACIÓN

Potencia Nominal 440 MW

Tensión Continua Nominal 350 kV

Tensión Alterna en el rectificador (1er armónico) 230 kV

Tensión Alterna en el inversor (1er armónico) 230 kV

Potencia máxima 550 MW (sobrecarga = 25%)

Corriente continua máxima 1600 A

15

Al menos 106 instalaciones entre HVDC-LCC y HVDC-VSC

HVDC-LCC: ±800 kVcc 2090 km, 7200 MW (Jinping – Sunan ABB)

HVDC-VSC: ±150 kVcc 180 km, 330 MW


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Electrónica de

Convertidores

HVDC – LCC (clásico)

HVDC – VSC (HVDC Light©)

Conmutados por red

Autoconmutados

Nº y localización de

convertidores

Back-to-back

Enlace de larga distancia

Enlace multiterminal

Estaciones juntas, redes asíncronas

Más común

VSC, parques offshore

Configuración del

enlace

Monopolar

Bipolar

Homopolar

Retorno por tierra, tensión negativa

Tensiones simétricas, más común

Fácil escalabilidad


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20

P > 0, P<0 según disparo

Controlable

Q <0 (entrante en convertidor)

INVERSIÓN FLUJO INVERSIÓN TENSIONES

INTENSIDAD Id UNIDIRECCIONAL

Tiristor: Corrientes (8 kA)

Tensiones (8 kV)

Grandes potencias Difícil implantación en redes poco

robustas


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Convertidores

Transformadores

Filtros

Cable o línea

Protecciones y Control


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SIEMENS MMC

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INVERSIÓN FLUJO INVERSIÓN

INTENSIDAD

P > 0, P<0 según disparo

Q <0 o Q >0 según disparo

GTO IGBT

Grandes corrientes (6 kA)

Menores tensiones (5-8 kV)

Medias-altas potencias

Fácil implantación en redes poco robustas.

Arranque en negro

CONTROLABLES AMBAS

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www.offshoregrid.eu

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CONVERTIDOR FUENTE DE CORRIENTE (LCC)

CONVERTIDOR FUENTE DE TENSIÓN (VSC)

Si se produce una falta en el lado de continua, la corriente aportada por el convertidor se puede limitar mediante

control y en cualquier caso queda suavizada por la inductancia Ld.

Si se produce una falta en el lado de continua, los diodos de libre

circulación de los semiconductores entrarán en conducción y no puede

cortarse salvo mediante interruptores en el lado de alterna. Además, se

pueden producir daños permanentes en el convertidor ya que los

condensadores de continua se descargarán en la falta aportando una

gran cantidad de corriente durante poco tiempo.

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HVDC-VSC CONDUCE ANTE FALTA

DISPARO INTERRUPTORES AC

INTERRUPTORES CC

PASIVOS

ACTIVOS


ABB

1 GW, 5 ms

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Dos lazos en cascada

Control “rápido”: actúa sobre los

convertidores. Permite absorber

variaciones sobre un punto de trabajo.

Control “lento”: actúa sobre las tomas

de los transformadores. Optimiza

ángulos de disparo o modulación.


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HVDC-LCC

• Control de potencia.

• Control de corriente

• Control de frecuencia

• Controles adicionales

• Control amortiguamiento subsincrono

• Control de amortiguamiento

• Subida-bajada de potencia automática

• Control de reactiva

HVDC-VSC

• Control de tensión alterna-control de reactiva.

• Control de potencia activa-control de tensión continua

• Control de frecuencia

• Arranque ‘en negro’


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