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* Av. Jorge Newbery 8796, Rosario, Santa Fe, Argentina – email: [email protected]
AUMENTO DE LA CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN MEDIANTE EQUIPOS DE COMPENSACIÓN REACTIVA
A. MUSTO* G. FROMM J. VIVES
Estudios Eléctricos Transelec Estudios Eléctricos
Argentina Chile Argentina
D. PERRONE
Estudios Eléctricos
Argentina
Resumen – Los incrementos esperados de consumo en la zona norte del Sistema Interconectado
Central de CHILE, sumados a las limitaciones presentes en las líneas de transmisión como consecuencia de
una escasa regulación de tensión, han motivado el desarrollo de estudios sistémicos con el objeto de definir
los equipos más convenientes a ser instalados, que permitan maximizar las transferencias de potencia por el
enlace Maitencillo – Cardones 3x220kV.
El desarrollo aquí presentado deja evidencia de las problemáticas y limitaciones originales presentes
en el sistema, y el desempeño de distintos equipos de compensación de potencia reactiva. Finalmente, se
encuentra que la incorporación de dispositivos FACTS (Flexible AC Transmissions Systems), basados en
electrónica de alta potencia, aparece como la alternativa más eficiente y robusta para eliminar las
restricciones en el sistema de transmisión, relativas a fenómenos de estabilidad transitoria por insuficiencia
de potencia reactiva (estabilidad en tensión).
Palabras clave: Compensador sincrónico, SVC, STATCOM, Backswing, nivel de carga, modelos, SIC,
estabilidad en tensión.
1 INTRODUCCIÓN
En un sistema de potencia longitudinal, con líneas de transmisión largas y escasos puntos de enmallamiento,
la regulación de tensión suele ser un gran desafío. El Sistema Interconectado Central de Chile (SIC),
específicamente su zona norte que tiene una extensión de más de 1.000 km, presenta estas características y
resulta ser el foco de interés de este desarrollo.
El triple circuito Maitencillo – Cardones, de 130km de longitud en 220kV y 780MVA de capacidad (a 25°
con sol), representa la vinculación entre dos bloques claramente diferenciados del SIC-Norte: el subsistema
sur (con Maintencillo como punto frontera) se comporta como un nodo activo, con alto grado de control de
tensión y potencia activa, pero con un nivel de cortocircuito de sólo 2400 MVA, mientras que en el
subsistema norte (Cardones a Diego de Almagro, casi 150 km de líneas de simple circuito) predominan los
grandes bloques de demanda mineros, nodos pasivos, sin control de tensión o potencia activa; la generación
disponible presenta un elevado costo de operación.
En la figura siguiente puede apreciarse una representación geográfica de la zona norte del SIC, y un esquema
unifilar con mayores detalles de sus características; potencias, longitudes, instalaciones existentes, etc.
2
CENTRAL GUACOLDA
S/E MAITENCILLO
S/E CARDONES
S/E CARRERA PINTO
S/E DIEGO DE ALMAGRO
CENTRAL TALTAL (S/E PAPOSO)
Resto del
SIC
~
185km
75km
70km
75km
130km
~
2 x 120MW (gas/diesel)
4 x 150MW (carbón)
35km
220 kV
110 kV
LÍMITE impuesto por estabilidad
de tensión
GUACOLDA
QUILLOTA
LOS VILOS
PAN DE AZÚCAR
MAITENCILLO
NOGALES
LAS PALMAS
PUNTA COLORADA
CARDONES
CARRERA PINTO
DIEGO DE ALMAGRO
PAPOSO
TALTAL
Resto del SIC
Carga asociada parcialmente a un EDACxCE
Fig. 1–Representación geográfica y esquema unifilar de la zona norte del SIC.
Así, las transferencias esperadas de potencia resultan en sentido SUR – NORTE, aunque con limites mucho
más estrechos que la capacidad térmica de los conductores, como consecuencia del bajo nivel de
cortocircuito en extremo transmisor y mala regulación de tensión en el extremo receptor. Aún con esquemas
automáticos de alivio de carga en caso de fallas (no por fallas sino por control de tensión), los límites
operativos de transmisión por el triple circuito han resultado del orden de 345MW, generando muchas veces
la necesidad de despacho forzado de unidades térmicas de alto costo operativo. La operación con
transferencias mayores a este valor ha demostrado ser riesgosa, con niveles de sensibilidad dU/dP elevados y
posibles oscilaciones de potencia no-amortiguadas como factores limitantes.
En este contexto, surge la necesidad de realizar estudios exhaustivos, estáticos a través de cálculos de
sensibilidad (dU/dP y dQ/dP) y niveles de carga, y dinámicos a través de simulaciones de transitorios
electromecánicos, que permitan identificar el equipo adecuado a instalar para poder incrementar las
transferencias de potencia sin aumentar los costos de operación. La precisión y el detalle en los modelos
empleados resultan fundamentales para la obtención de resultados confiables.
2 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ORIGINAL. ESTABILIDAD DE TENSIÓN
Para poder incrementar los límites de transmisión es necesario cumplir con los siguientes factores claves:
• Verificar todos los criterios de desempeño establecidos en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad
de Servicio (NTSyCS) [1].
• No degradar las condiciones de operación actuales.
En función de esto, surge un primer análisis de detalle asociado a la condición de operación LÍMITE
actual/original, que permitirá verificar el correcto cumplimiento de los estándares de operación, y al mismo
tiempo establecer otros índices de desempeño que si bien no están establecidos a nivel normativo, deberán
ser mejorados o al menos mantenidos por la situación futura planteada.
3
El escenario de operación presenta las siguientes características:
• Demanda alta
• 4 unidades en Guacolda en servicio y con margen de regulación de potencia reactiva
• Generación nula desde S/E Cardones hacia el norte
• SVC’s Maitencillo y Pan de Azúcar en servicio y con margen de regulación
• Transferencias por las tres líneas Maitencillo – Cardones igual a 345MW
Un primer análisis considera el cálculo de los niveles de sensibilidad dU/dP y dQ/dP que presenta el sistema
en estas condiciones, a fin de determinar las variaciones de tensión e incrementos de potencia reactiva
producidos por pequeños incrementos de carga. Estos valores permitirán estimar el comportamiento del
sistema para pequeñas variaciones de la red.
TABLA I. VALORES DE SENSIBILIDAD
Red N Red N-1 (con EDACxCE)
dU/dP = 0,39 %/MW dU/dP = 0,49 %/MW
dQ/dP = 1,90 MVAr/MW dQ/dP = 2,32 MVAr/MW
La figura siguiente muestra las curvas PV para este caso base; al realizar incrementos en la carga de 110kV
ubicada en el extremo norte. Obsérvese la reducida distancia al punto de colapso:
410,384,358,332,306,280,
1,100
1,000
0,900
0,800
0,700
0,600
x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones
S/E Cardones\J1
DdA\J
El Salvador 110 kV
X = 315,00 MW
351.32 MW 0.74
324.72 MW 0.91
410,384,358,332,306,280,
1,100
1,000
0,900
0,800
0,700
0,600
x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones
S/E Cardones\J1
DdA\J
El Salvador 110 kV
X = 345,00 MW
401.39 MW 0.69
410,384,358,332,306,280,
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
-0,50
x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones
S/E Cardones\J1: Sensitivity
DdA\J: Sensitivity
El Salvador 110 kV: Sensitivity
X = 345,00 MW
344.75 MW 0.22 p.u.
410,384,358,332,306,280,
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
-0,50
x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones
S/E Cardones\J1: Sensitivity
DdA\J: Sensitivity
El Salvador 110 kV: Sensitivity
X = 315,00 MW
314.04 MW 0.28 p.u.
Zona de operación
Margen: 56MW
Zona de operación
Margen: 36MW
Zona de colapso
Curva PV en red N ↓ Curva PV en red N-1 ↓Maitencillo – Cardones C1 F/S con EDACxCE (Paipote y El Refugio)
Zon
a d
e co
lap
so
Fig. 2–Curvas PV para el caso Base.
Evidentemente las exigencias a las que se encuentra sometido el sistema cuando las variaciones de carga se
realizan sobre un consumo localizado en el extremo de la red resultan elevadas, obteniendo niveles de carga
del orden del 86% (345MW sobre 401MW) para red N, y 90% (315MW sobre 351MW) para red N-1,
considerando aplicado el EDACxCE en Paipote y El Refugio (S/E Cardones 110kV). Ambos valores se
encuentran por encima de los niveles límite de carga recomendados para la operación de un sistema de
potencia (70% para condiciones de red N, y 80% para N-1) [2] [3].
Una vez establecidas las condiciones de borde a nivel estático, se realizan simulaciones dinámicas de
transitorios electromecánicos a fin de evaluar la estabilidad transitoria del sistema, luego de que el mismo es
sometido a una gran perturbación (falla de diseño).
La estabilidad en régimen transitorio del SIC se evalúa sobre la base de los siguientes parámetros [1]:
• Excursión del ángulo del rotor en primera oscilación. Estabilidad angular no oscilatoria
• Amortiguamiento de las oscilaciones. Estabilidad angular oscilatoria
• Recuperación y control de la frecuencia. Estabilidad en frecuencia
• Recuperación y control de la tensión. Estabilidad en tensión
4
Se adopta como referencia de ángulos a la unidad eléctricamente más cercana al eje inercial del sistema, y se
considera un ángulo de ±120º como máximo ángulo de carga admitido. A su vez, se verifica que la tensión
en todos los nodos del sistema de transporte permanezca por arriba de 0.7pu luego de 10ms de despejada la
falla, y no permanezca por debajo de 0.8pu durante un tiempo mayor a 1s.
La falla más crítica para esta condición de operación resulta un cortocircuito bifásico sobre uno de los
circuitos de línea Maitencillo – Cardones 220kV, extremo Maitencillo. Obsérvese de las figuras siguientes
que el comportamiento del sistema se encuentra al límite del incumplimiento de los parámetros de
desempeño, especialmente en cuanto a control de tensión.
20,016,012,08,004,00-0,00 [s]
1,150
1,020
0,890
0,760
0,630
0,500
CPinto\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)
DdA\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)
Card\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)
Maite\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)
Pap\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)
Y = 1,050 p.u.
Y = 0,950 p.u.
Y = 0,700 p.u.
19.528 s 0.935 p.u.19.528 s 0.935 p.u.
20,016,012,08,004,00-0,00 [s]
1,150
1,020
0,890
0,760
0,630
0,500
Potrerillos 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.
El Salvador 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.
DdA\HA: Voltage, Magnitude in p.u.
Y = 1,100 p.u.
Y = 0,900 p.u. 19.376 s 0.965 p.u.19.376 s 0.965 p.u.
AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES uAtac
F2F Maitencillo - Cardones L3 Octubre 2011 - sin CS
Date: 12/13/2011
Annex: /3
DIg
SIL
EN
T
5,004,003,002,001,000,00 [s]
1,150
1,020
0,890
0,760
0,630
0,500
CPinto\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)
DdA\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)
Card\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)
Maite\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)
Pap\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)
Y = 1,050 p.u.
Y = 0,950 p.u.
1.392 s 0.700 p.u. 1.392 s 0.700 p.u.
5,004,003,002,001,000,00 [s]
1,150
1,020
0,890
0,760
0,630
0,500
Potrerillos 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.
El Salvador 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.
DdA\HA: Voltage, Magnitude in p.u.
Y = 1,100 p.u.
Y = 0,900 p.u.
AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES uAtac
F2F Maitencillo - Cardones L3 Octubre 2011 - sin CS
Date: 12/13/2011
Annex: /3
DIg
SIL
EN
T
Fig. 3 (a)–Simulación completa; 20 segundos Fig. 3 (b)–Primeros 5 segundos
Evolución transitoria de la tensión, frente a un cortocircuito bifásico en Maitencillo – Cardones C1
Si bien se observa que la tensión post-falla, una vez estabilizada en su valor final, se encuentra próxima a los
valores límites normativos (0,93pu), las mayores exigencias se obtienen en el período de recuperación
transitoria, donde la tensión alcanza el umbral mínimo de 0,7pu.
En función de estos análisis, no solo se valida la operación del SIC con 345MW de transferencia por
Maitencillo – Cardones, sino que se establecen valores de sensibilidad que deberán al menos ser mantenidos
en cualquier análisis de incremento de las transferencias de potencia.
3 FACTIBILIDAD DE INCREMENTO DE LOS LÍMITES DE TRANSMISIÓN
3.1 Análisis de las instalaciones
El enlace Maitencillo ‑ Cardones 220kV se encuentra compuesto por un circuito (C1) de aproximadamente
54,37Ω de impedancia y una capacidad permanente de 197 MVA (25ºC con SOL) y dos circuitos
prácticamente semejantes (C2 y C3) con 55,26Ω de impedancia y una capacidad permanente de 290MVA
(25ºC con SOL). Debido a estas características, el circuito 1 es el que limita en todos los casos la máxima
transferencia por el enlace ya que presenta la mínima capacidad y la mínima impedancia. La tabla II
presentada a continuación resume las transferencias admisibles por cada circuito y la total del enlace, para
condiciones normales (régimen permanente) y condiciones de contingencia simple (corta duración).
Se destaca que si bien se presentan en todos los casos las corrientes y potencias admisibles por los circuitos 2
y 3, la transferencia máxima resulta siempre limitada por el circuito 1. Específicamente la potencia
transmitida por los circuitos 2 y 3 será como máximo el 98,4% de la transmitida por el circuito 1 debido a la
distribución de carga por los enlaces (directamente asociada a la impedancia serie de los mismos).
Analizando la tabla se encuentra que el límite de transferencia para condiciones N-1 (25º con SOL) resulta
418MW, lo que deja en evidencia que para incrementar las transferencias por encima de este valor se
requiere un EDACxCE que se habilite ante la pérdida de uno de los enlaces C2 o C3 para evitar sobrecargas
inadmisibles.
5
TABLA II. CAPACIDAD DE CONDUCTORES
10 15 20 25 30 35 40 10 15 20 25 30 35 40
0,707 0,650 0,588 0,518 0,436 0,333 0,177 0,758 0,696 0,628 0,553 0,463 0,354 0,186
0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611 0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611
0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611 0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611
C1 [MVA] 269 248 224 197 166 127 67 C1 [MVA] 289 265 239 211 176 135 71
C2 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233 C2 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233
C3 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233 C3 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233
800 735 665 586 493 377 200 573 526 475 418 350 268 141
a)
10 15 20 25 30 35 40 10 15 20 25 30 35 40
0,793 0,743 0,690 0,631 0,565 0,490 0,401 0,853 0,798 0,739 0,675 0,604 0,523 0,427
0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716 0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716
0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716 0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716
C1 [MVA] 302 283 263 240 215 187 153 C1 [MVA] 325 304 282 257 230 199 163
C2 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273 C2 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273
C3 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273 C3 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273
897 840 780 714 639 554 454 645 603 559 510 457 395 323
d)
PERMANENTECON SOL
Temperatura [ºC] CORTA DURACIÓNCON SOL
IPREV
= 50%
Temperatura [ºC]
C1 [kA] C1 [kA]
C2 [kA] C2 [kA]3
C3 [kA] C3 [kA]3
3 CIRCUITOS [MVA]1 C1+C2/3 [MVA]2
c)
PERMANENTESIN SOL
Temperatura [ºC] CORTA DURACIÓNSIN SOL
IPREV
= 50%
Temperatura [ºC]
C1 [kA] C1 [kA]
C2 [kA] C2 [kA]3
C3 [kA] C3 [kA]3
3 CIRCUITOS [MVA]1 C1+C2/3 [MVA]2
b)
1) 1,732x220kVx(C1)x(1+2*0,984)
2) 1,732x220kVx(C1)x(1+0,984)
3) Régimen permanente (no se dispone información de capacidad transitoria)
1) 1,732 x 220kV x (C1) x (1 + 2 x 0,984) 2) 1,732 x 220kV x (C1) x (1 + 0,984) 3) Régimen permanente; sin información de capacidad transitoria
Una transferencia total de 420MW resulta en un nivel de carga poco mayor al 70% en el circuito 1, lo cual
implica que, ante la ocurrencia de una contingencia, el tiempo de reducción de la sobrecarga deberá ser
menor a 15 minutos.
En función de esto y considerando la NO disponibilidad de esquemas automáticos de corte de carga, los
estudios de ampliación de capacidad de transporte consideran un valor máximo objetivo por Maitencillo –
Cardones igual a 420MW.
3.2 Caso de estudio 1: Instalación de un Compensador Sincrónico en Central Taltal
Como primera alternativa y en base a evaluaciones técnico-económicas previas, surge la opción de instalar
un compensador sincrónico dentro de las instalaciones de la central Taltal, en barras de 15kV, el cual
emplearía el transformador de bloque de una de las unidades ya instaladas.
La figura siguiente presenta la zona de influencia, la conexión del compensador sincrónico y los parámetros
que se utilizaron para el modelado, en formato DIgSILENT Power Factory. La información fue suministrada
directamente por uno de los posibles proveedores del equipo.
S/E CARRERA PINTO
S/E DIEGO DE ALMAGRO
CENTRAL TALTAL (S/E PAPOSO)
~
185km
75km
70km
2 x 120MW (gas/diesel)
~ ~
C. SINCR.120MVA
Empleo del mismo TR Taltal U2
Fig. 4 (a)–Esquema unifilar zona de influencia Fig. 4 (b)–Modelo del Compensador Sincrónico
Luego, teniendo en cuenta la transferencia objetivo máxima que se pretende alcanzar por el triple circuito
Maitencillo – Cardones 220kV, las previsiones de aumento de la demanda en la zona, y los nuevos proyectos
mineros planificados para el corto plazo, se plantea un caso de un estudio futuro que permita alcanzar una
transferencia de 420MW, y resulte acorde a los plazos de instalación del Compensador Sincrónico.
Manteniendo los mismos criterios para el despacho y operación de la zona norte que el caso base, se observa
estáticamente una considerable mejora; los niveles de tensión se encuentran próximos a las tensiones de
servicio y con suficiente margen de potencia reactiva, y los niveles de sensibilidad de la operación se han
reducido considerablemente (dU/dP en red N = 0,27 %/MW), lo que implica condiciones más estables.Sin
embargo, las características de la unidad (máquina sincrónica) y especialmente su punto de conexión, hacen
inviable esta solución durante el transitorio de falla.
6
Las figuras siguientes muestran la evolución de la tensión en barras de Diego de Almagro 220kV, y el ángulo
rotórico del compensador sincrónico luego de un cortocircuito en Maitencillo - Cardones. Nótese que el
desempeño de ambas evoluciones se encuentra fuera de los valores admitidos a nivel normativo:
• El ángulo rotórico inicial supera los 100° respecto al eje inercial del SIC, y durante el transitorio se
alcanza claramente el valor de 120°.
• La tensión terminal no logra recuperarse por arriba de los 0,7pu límite, y luego por efecto de
backswing decae aún más.
10,08,006,004,002,000,00 [s]
1,150
0,980
0,810
0,640
0,470
0,300
DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)
Y = 1,050 p.u.
Y = 0,950 p.u.
Y = 0,700 p.u.
1.288 s 0.624 p.u. 1.288 s 0.624 p.u.
10,08,006,004,002,000,00 [s]
120,0
72,00
24,00
-24,00
-72,00
-120,0
Compensador Sincronico Taltal: Active Power in MW
1.288 s-54.757 MW 1.288 s-54.757 MW
10,08,006,004,002,000,00 [s]
0,000
-28,00
-56,00
-84,00
-112,0
-140,0
Compensador Sincronico Taltal: Rotor angle in deg
2.112 s-120.358 deg 2.112 s-120.358 deg
1.264 s-102.187 deg 1.264 s-102.187 deg
AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES CS Talta l_1
F2F Maitencillo - Cardones L3 Noviembre 2012 - con CS - 420MW
Date: 12/15/2011
Annex: /6
DIg
SIL
EN
T
10,08,006,004,002,000,00 [s]
1,150
0,980
0,810
0,640
0,470
0,300
DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)
Y = 1,050 p.u.
Y = 0,950 p.u.
Y = 0,700 p.u.
1.288 s 0.624 p.u. 1.288 s 0.624 p.u.
10,08,006,004,002,000,00 [s]
120,0
72,00
24,00
-24,00
-72,00
-120,0
Compensador Sincronico Taltal: Active Power in MW
1.288 s-54.757 MW 1.288 s-54.757 MW
10,08,006,004,002,000,00 [s]
0,000
-28,00
-56,00
-84,00
-112,0
-140,0
Compensador Sincronico Taltal: Rotor angle in deg
2.112 s-120.358 deg 2.112 s-120.358 deg
1.264 s-102.187 deg 1.264 s-102.187 deg
AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES CS Talta l_1
F2F Maitencillo - Cardones L3 Noviembre 2012 - con CS - 420MW
Date: 12/15/2011
Annex: /6
DIg
SIL
EN
T
Fig. 5(a)–Tensión en barras de Diego de Almagro Fig. 5(b)–Ángulo rotórico del compensador sincrónico
Estáticamente se determina que con la incorporación de un compensador sincrónico en Taltal pueden
transferirse 420MW por Maitencillo – Cardones 220kV. Sin embargo, dinámicamente este nivel de
transmisión queda completamente descartado:
• Se verifica que las limitaciones en la ampliación están relacionadas con la recuperación de la tensión
en barras de 220kV (menores a 0,7pu), y la excursión angular del compensador (mayores a 120º).
• También, que estos fenómenos de inestabilidad tienen estrecha relación con la inercia de la máquina
síncrona a instalar (efecto de backswing): cuando la falla es despejada y la tensión tiende a
recuperarse, el ángulo rotórico del compensador se encuentra en valores extremos negativos respecto
al eje inercial del SIC, y el consumo de potencia eléctrica alcanza valores muy elevados. Este
incremento en el consumo de potencia eléctrica incrementa las transferencias por las líneas desde
Maitencillo hacia el norte y genera una depresión en el perfil de tensiones.
Incrementar la inercia del generador colabora con la recuperación de la tensión, pero incrementa la
excursión angular. Para este estudio ambas condiciones están sobrepasadas, por lo que un
incremento de inercia no resulta favorable.
3.3 Caso de estudio 2: Instalación de un SVC en S/E Diego de Almagro
Ya sin la necesidad de utilizar las instalaciones existentes de la central Taltal, y teniendo presente las
problemáticas de inercia encontradas en el estudio previo, se estudia la incorporación de un equipo de
compensación estática, localizado en un punto incluso más estratégico; S/E Diego de Almagro.
La primera opción consiste en instalar un equipo del tipo SVC con una capacidad de +110/-69MVAr,
conectado mediante en barras de Diego de Almagro 220kV a través de un transformador elevador.
Las figuras 6(a) y 6(b) muestran las características del equipo considerado en el estudio, y los resultados de
la misma simulación dinámica que no resultó válida con el Compensador Sincrónico.
Se muestra en un intervalo de 500ms la respuesta de la tensión en barras de 220kV de la S/E Diego de
Almagro, la absorción del equipo SVS (inductancia) y el aporte de potencia reactiva total (CCEE +
inductancia), registrado sobre el transformador elevador.
0,7pu
7
19kV
Control Node
220kV
U: 19kV
Q: +110MVAr
U: 19kV
Q TCR: 179MVAr
Q TSC: 0MVAr
Droop: 2% (100MVAr)
U: 220/19kV
S: 100MVA
X: 13,33%
YNd11
SVC LV Side
SVC HV side
SVS
TCR and TSC SVC filter
1
Tra
nsfo
rmer
Tra
nsfo
rmer
Lin
eLin
e
DIg
SIL
EN
T
Fig. 6(a)–Modelo del SVC Fig. 6(b)–Respuesta dinámica
Obsérvese que la recuperación de la tensión es completamente diferente a la observada con el Compensador
Sincrónico, sin embargo, después de 10ms de despejada la falla, la tensión aún se mantiene por debajo de los
0,7pu mínimos exigidos. Se puede concluir:
1. El incumplimiento en la recuperación de la tensión no es por la velocidad de respuesta del SVS, ya
que el reactor se encuentra en su valor mínimo hasta que la tensión retorna a valores admisibles.
2. La acción del SVS hasta el instante 1,154seg (34ms luego del despeje de la falla) se limita a la
acción de un banco de CCEE estático.
3. La tecnología no es adecuada para afrontar este tipo de contingencias.
3.4 Caso de estudio 3: Instalación de un STATCOM en S/E Diego de Almagro
Con los antecedentes presentados, se analiza el efecto de incorporar en la S/E Diego de Almagro un
STATCOM con las mismas características que el ya instalado en Cerro Navia. Las figuras siguientes
muestran las características del equipo considerado en el estudio, y los resultados de la misma simulación
dinámica que no resultó válida en los casos anteriores. Se consideró que el STATCOM no posee capacidad
de sobrecarga transitoria, por lo que la corriente no supera en ningún momento su capacidad nominal.
Las figuras 7(a) y 7(b) muestran las características del equipo considerado en el estudio, y los resultados de
la misma simulación dinámica que no resultó válida con el Compensador Sincrónico.Nótese como en este
caso al considerar aporte de potencia reactiva durante la aplicación de la falla y los instantes posteriores, la
recuperación resulta acorde a las exigencias normativas. Cuanto mayor capacidad de sobrecarga transitoria
se considere, más rápida será la recuperación de la tensión por sobre 0,7pu, luego del despeje de la falla.
Finalmente, sobre la base de estos análisis preliminares, la implementación de un equipo tipo STATCOM
aparecería como la mejor solución para ampliar la capacidad de transporte del sistema
Maitencillo ‑ Cardones 3x220kV.
1,301,201,101,000,900,80 [s]
1,100
0,900
0,700
0,500
0,300
0,100
DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)
Y = 1,050 p.u.
Y = 0,950 p.u.
Y = 0,700 p.u.
0.999 s 1.138 s
1.120 s 0.564 p.u. 1.120 s 0.564 p.u.
1,301,201,101,000,900,80 [s]
0,000
-30,00
-60,00
-90,00
-120,0
-150,0
SVC tr: Reactive Power/HV-Side in Mvar
X =
1,1
38 s
-67.036 Mvar
1,301,201,101,000,900,80 [s]
90,00
70,00
50,00
30,00
10,00
-10,00
CER DdAlmagro: Positive-Sequence, Reactive Power in Mvar
X =
1,1
38 s
1.138 s 0.000 Mvar 1.138 s 0.000 Mvar
1.154 s 0.040 Mvar 1.154 s 0.040 Mvar
AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES plot
F2F Maitencillo - Cardones L3 Diciembre 2012 - con SVS - 420MW
Date: 12/21/2011
Annex: /9
DIg
SIL
EN
T
8
Fig. 7(a)–Modelo del STATCOM Fig. 7(b)–Respuesta dinámica
4 IMPLEMENTACIÓN ABORDADA
Finalmente sobre la base de estos estudios de factibilidad de ampliación desarrollados, se llevó a cabo la
incorporación de un equipo del tipo STACOM (SVC Plus de la firma SIEMENS) de ±100 MVAr (dos
módulos de ±50 MVAr) junto con un banco de condensadores (MSC) de 533,5μF en la S/E en Diego de
Almagro, que totalizan una capacidad de inyección/absorción de +140 MVAr/-100 MVAr.
El banco de condensadores no cumple la función de filtro, lo que permite maniobrarlo en función de los
requerimientos del sistema, para un adecuado control de tensión. Adicionalmente, el rápido control del SVC
Plus permite operar con el reactor de Diego de Almagro fuera de servicio, lo que también colabora con el
control de tensión. Finalmente, la configuración resultante de dos módulos SVC Plus y un MSC, le otorga
mayor flexibilidad y seguridad de servicio al Sistema Interconectado.
Los estudios definitivos han sido desarrollados con modelos detallados del equipo, suministrado
directamente por el fabricante, sobre la base de escenarios específicos acordes a su fecha prevista de
conexión, maximizados en cuanto a las exigencias del control de tensión. Los límites han quedado
establecidos finalmente en 420MW, valor que ha sido validado mediante la prueba de numerosas
perturbaciones, incluyendo la propia pérdida del SVC Plus.
5 CONCLUSIONES
Sobre la base de los estudios desarrollados y presentados, ha sido encontrar las limitaciones originales que
presentaba el sistema, e identificar el tipo de compensador que necesariamente debiera ser incorporado para
permitir el incremento de las transferencias de potencia por Maitencillo - Cardones.
La incorporación de un equipo del tipo STATCOM ha demostrado a nivel de estudios tener todas las
cualidades necesarias para incrementar los límites, condición que ha quedado demostrado en la práctica real,
con la instalación efectiva de dicho equipo y la operación estable con transferencias de hasta 420MW.
6 REFERENCIAS
[1] Comisión Nacional de Energía, “Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio”, Abr. 2014.
[2] P. Kundur, “Power System Stability and Control”, McGraw-Hill Inc, 2004.
[3] R.D. Dunlop, R. Gutmann, P.P. Marchenko, “Analytical Development of Loadability Characteristics for
EHV and UHV Transmission Lines”, IEEE Trans.PAS, Vol.Pas-98, N°2, pp. 606-617, March/April 1979.
1,301,201,101,000,900,80 [s]
1,100
0,920
0,740
0,560
0,380
0,200
DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)
Y = 1,050 p.u.
Y = 0,950 p.u.
Y = 0,700 p.u. 0.999 s 1.129 s
1,301,201,101,000,900,80 [s]
1,360
1,095
0,830
0,565
0,300
0,034
VSC: Current in pu
1.094 s 1.000 p.u. 1.094 s 1.000 p.u.
1,301,201,101,000,900,80 [s]
176,3
141,5
106,7
71,93
37,16
2,386
VSC: Reactive Power in Mvar
1.120 s84.763 Mvar 1.120 s84.763 Mvar
1.154 s124.109 Mvar 1.154 s124.109 Mvar
AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES plot
F2F Maitencillo - Cardones L3 Diciembre 2012 - con STATCOM - 420MW
Date: 12/21/2011
Annex: /9
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T
U: 34kVQ: ±102.5MVAr
Droop: 1% (100MVAr)
U: 230/35.5kVS: 140MVA
X: 12%YNd11
L: 3.69mH
34kVU: 34kVQ: +37,5MVAr
Control Node220kV
34kV
STATCOM LV Side
VSC
STATCOM HV Side
VSC
Reacto
rVSC
Reacto
r
STATCOM filter
1
VSC
Sourc
e
Lin
eLin
e
Tra
nsfo
rmer
Tra
nsfo
rmer
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EN
T