FACTS : Flexible AC Transmission System

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Barcelona-SpainDiciembre 2008

Albert NubiolaMarçal MoraAndreas SumperOriol Gomis

CITCEA-UPC

FACTS – Sistemas de FACTS – Sistemas de transmisión AC flexibletransmisión AC flexible

www.leonardo-energy.org *** www.leonardo-energy.org/Espanol

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Dispositivos y Aplicaciones

Los sistemas FACTS:

Tienen un gran rango de aplicaciones gracias a su buena controlabilidad

Se utilizan para reducir costes, mejorar las líneas y la calidad del suministro

Tienen una gran flexibilidad para adaptarse a diferentes condiciones de trabajo.


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Las aplicaciones básicas de los dispositivos FACTS son:

Control de flujo de potencia Incremento de la capacidad de transmisión Control de voltaje Compensación de energía reactiva Mejoras de estabilidad Mejoras de calidad de potencia Mejoras de calidad de suministro Mitigación del efecto flicker Interconexión de generación renovable y distribuida


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Algunas consideraciones:

Requieren un estudio de necesidades y beneficios para justificar su coste

La electrónica de potencia permite tiempos de respuesta muy rápidos

Son estáticos y dinámicos a la vez


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Clasificación

Convencionales vs FACTS Según tipo de conexión (paralelo, serie, serie-paralelo) Utilizando tiristores o IGBT’s


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Dispositivos Paralelo

Se utilizan básicamente para compensación de reactiva y control de tensión.

Aplicaciones: Reducción de flujos indeseados de potencia reactiva Control del intercambio de energía contratada con energía

reactiva equilibrada Compensación de los consumidores y mejora de la calidad de

potencia Mejora de la estabilidad estática o transitoria Energías renovables y energía distribuida en general


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SVC (Static Var Compensator)

Puede presentar diseños muy diversos Aproximadamente 90.000 MVA instalados actualmente

Aplicaciones: Aumento de la capacidad de transferencia de energía y reducción

de las variaciones de tensión (estabilización de la tensión dinámica)

Aumento de la estabilidad en régimen transitorio y mejor amortiguación del sistema de transmisión de energía eléctrica (mejora de la estabilidad sincrónica).

Equilibrio dinámico de la carga Soporte de la tensión en régimen permanente


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SVC (Static Var Compensator)

Tipos más conocidos: TSR, TSC, TCR, MSC Se pueden usar diversas combinaciones Se colocan en centros de carga importantes, subestaciones

críticas y en puntos de alimentación de grandes cargas


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STATCOM (STATic COMpensator)

Se trata de un compensador estático sincrónico y sin inercia– Mejor dinámica– Menor inversión – Menores costes de mantenimiento– 1200 MVA instalados en la actualidad.

Aplicaciones: Aumento de la transmisión de energía y menores variaciones de

tensión (estabilización de la tensión dinámica) Mejor estabilidad en régimen transitorio, mejor amortiguamiento

del sistema de transmisión, amortiguamiento de SSR (mejora de la estabilidad sincrónica)

Equilibrio dinámico de carga Mejora de la calidad de la energía Soporte de tensión en régimen permanente


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STATCOM (STATic COMpensator)

Compuesto de un condensador en el lado de continua y de tiristores con capacidad de desconectarse (GTO, IGCT o IGBT)

Es posible controlar la tensión del convertidor, por lo tanto, también la energía reactiva

Se suelen usar impulsos PWM en el control, reduciendo así los harmónicos generados


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Dispositivos Serie

Compensan reactiva además de permitir un flujo de potencia estable gracias a las impedancias

Suelen estar protegidos con un puente de tiristores Potencia instalada aproximada: 350.000 MVA

Aplicaciones: Disminución de la reducción de tensión en una línea Reducción de fluctuaciones de voltaje Mejora de la respuesta ante las oscilaciones Limitación de cortocircuitos en redes o subestaciones Evitan el reflujo de carga en una red mallada


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TCSC (Tyristor Controlled Series Capacitor )

Condensador en serie controlado por tiristores Puede estar formado por varias reactancias en paralelo

controladas Control uniforme de la reactancia capacitiva

Aplicaciones: Eliminación de problemas dinámicos en sistemas de transmisión Amortiguación de oscilaciones electromecánicas Reducción de la resonancia subsincrónica


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TCSC (Tyristor Controlled Series Capacitor )

Condensador en paralelo con un varistor de óxido metálico para evitar sobretensiones

Formado, además, por un inductor de intensidad variable.


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SSSC (Static Syncronous Series Compensator)

Compensador en serie sincrónico estático. Puede funcionar como si fuera un condensador en serie

controlable

Aplicaciones: Control dinámico del flujo de energía Mejora de la estabilidad de la tensión y del ángulo


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Dispositivos Serie y Paralelo

Con el crecimiento del consumo de energía y de las redes, la capacidad del flujo de potencia de las líneas adquiere cada vez más importancia, así como sus pérdidas de energía. Estos dispositivos intentan solucionar ambas problemáticas simúltaneamente.


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DFC (Dynamic Flow Controller)

Híbrido formado por un transformador de desplazamiento de fase (PST, Phase Shifting Transformer) y por compensación de cambios en serie

Contiene un PST, un TSC/TSR y, opcionalmente, un capacitor en paralelo mecánicamente activado, MSC

La intensidad que circula por las impedancias colocadas en serie se puede modificar mediante válvulas

Los cambios de las conexiones de válvulas se realizan por medio de señales binarias y en el instante en que el corriente es cero para minimizar los armónicos generados


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UPFC (Unified Power Flow Controller)

Combinación de un STATCOM y un SSSC acoplados mediante un bus de contínua

Permite un flujo bidireccional de potencia activa y control de potencia reactiva (independientemente).

El bus de continua, que tiene un condensador, permite adaptar diferentes niveles de potencia reactiva, pero la potencia activa debe ser la misma en los dos extremos

Este dispositivo fue diseñado para un control en tiempo real y una compensación dinámica de los sistemas de transmisión


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IPFC (Interline Power Flow Controller)

Dispositivo muy parecido al UPFC con la diferencia principal que su conexión es, en ambos lados, mediante un transformador en serie con la red

Intenta compensar la potencia reactiva de un número dado de líneas de transmisión en una subestación

Con un IPFC es posible:– Equilibrar el flujo de activa y reactiva entre líneas– Reducir la sobrecarga de las líneas mediante transmisión de potencia

activa– Compensar las caídas de tensión resistivas a la potencia reactiva que

se requiere– Incrementar la efectividad del conjunto a las perturbaciones dinámicas


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GUPFC (Generalized Unified Power Flow Controller)

Combinan tres o más convertidores VSC interconectados con un mismo bus de continua y conectados a la red mediante transformadores serie y paralelo.

Mejoras introducidas:– Control de energía reactiva en cada binomio VSC +

Condensador– Flujo unificado de energía activa entre las líneas a las que está

conectado


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Dispositivos Back-to-Back

Convencionales

Formados por tiristores No permiten la regulación

de energía reactiva compensada

Permiten transmitir grandes cantidades potencia activa

Tienen menos pérdidas (frecuencia de conmutación baja)

Con VSC

Formados por semiconductores con capacidad de desconexión (IGBT)

Permiten la regulación de potencia reactiva (además de la activa)

La cantidad de energía activa que permiten transmitir es menor que en el caso de los tiristores

Insertan menos armónicos pero incrementan las pérdidas

•Permite un control total de flujo de potencia ya que toda la energía activa circula a través de él.


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Dispositivos Back-to-Back

Los primeros (sin VSC) disponen de unos 14.000 MVA instalados mundialmente

Los segundos (con VSC) se limitan a 900 MVA a día de hoy


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HVDC (High-Voltage Direct-Current transmission)

Convierten la corriente AC a DC La transportan a través de una línea DC Finalmente realizan la transformación inversa.

Ventajas en muchas aplicaciones:– Cables submarinos– Interconexión de sistemas AC de distintas frecuencias– Transmisión a largas distancias

Technology

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