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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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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).
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 4
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
GESTE 2012: Opciones de futuro 5 12 de Noviembre 2012
REDRED
Continua AlternaAlterna
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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)
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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de Alta Tensión (HVDC)
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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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de Alta Tensión (HVDC)
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Costes por servidumbre de paso Menores en HVDC
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COSTE VS. DISTANCIA
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
12
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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de Alta Tensión (HVDC)
GESTE 2012: Opciones de futuro 13 12 de Noviembre 2012
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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
17 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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de Alta Tensión (HVDC)
18 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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de Alta Tensión (HVDC)
GESTE 2012: Opciones de futuro 19 12 de Noviembre 2012
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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Convertidores
Transformadores
Filtros
Cable o línea
Protecciones y Control
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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de Alta Tensión (HVDC)
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 23
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
GESTE 2012: Opciones de futuro 24 12 de Noviembre 2012
SIEMENS MMC
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
GESTE 2012: Opciones de futuro 25 12 de Noviembre 2012
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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 26
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro 27
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de Alta Tensión (HVDC)
GESTE 2012: Opciones de futuro 28 12 de Noviembre 2012
www.offshoregrid.eu
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
29 12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
30
HVDC-VSC CONDUCE ANTE FALTA
DISPARO INTERRUPTORES AC
INTERRUPTORES CC
PASIVOS
ACTIVOS
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
ABB
1 GW, 5 ms
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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.
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro
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Introducción a los Enlaces de Continua
de Alta Tensión (HVDC)
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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’
12 de Noviembre 2012 GESTE 2012: Opciones de futuro