FACTS

JUAN CARLOS CERCADO TORRES

LUIS ALBERTOLACHE RODAS

FATCS

Beneficios Tecnico Económicos de la Compensación Reactiva en Sistemas de Transmisión AT

Programa

Introducción Compensación Serie (SC) Compensación Shunt Utilities(SVC) Compensación Shunt Industrias (SVC) Proyectos

Introducción

FACTS * - Flexible AC Transmission Systems

Sistemas Flexibles de Transmisión en CA

Sistemas sofisticados con tecnología de punta destinados a obtener :

Transmisión de potencia en condiciones óptimas

*) EPRI, entre otras organizaciones, ha estado promoviendo este nombre genérico.Antes conocido como RPC (Reactive Power Compensation).

La idea es: optimizar la infraestructura existente

Tecnología

Cap

acid

ad d

e tr

ansm

isio

n

Limite térmico

Límite

de

esta

bilidad

FACTS

Beneficios de los equipos FACTS

Maximizan: las inversiones hechas en un sistema eléctrico la capacidad de transmisión en líneas existentes

Optimizan la confiabilidad y disponibilidad

Minimizan Impacto ambiental Tiempo de proyecto Procedimiento de permisos Pérdidas Inversión

Proveen soporte para una operación segura del sistema

Que es potencia reactiva?

…compite por espacio en los conductores y aparatos

PotenciaReactiva

kVar

PotenciaActiva

kW

PotenciaAparente

kVA

Q

P

Dos áreas principalesCompensación Shunt

SVC (desde 1972)

SVC Light (desde 1997)

Compensación Serie Fija (desde 1950) Controlable (desde 1997)

Historia & Experiencia

Compensación Shunt SVC ….desde 1972

SVC Light) ….desde 1997

Compensación Serie Fija (SC) ….desde 1950’s

Controlada (TCSC) ….desde mediados de los 90´s

…..hablamos de tecnologías bien probadas…

Programa, Introducción a FACTS

Introducción al Mundo de FACTS Compensación Serie (SC) Compensación Shunt Utilities (SVC) Compensación Shunt Industrias (SVC) Proyectos

Que es Compensación en Série

Compensación en Série es la introducción de un condensador en série con una línea.

Se rompe una línea en un determinado punto y se introduce ahí un condensador.

El condensador se puede instalar al medio de la línea ó junto a una subestación existente, pero fuera de los embarrados de la subestación.

Ventajas de la Compensación en Série

Costos de transmisión mas bajos debidos a la necesidad de menos lineas

Aumento de la capacidad de transmisión a través de un aumento del limite de estabilidad transitória

Repartición de la carga activa entre lineas en paralelo y reducción de pérdidas

Regulación del voltaje en régimen estacionário y aumento del limite de colapso de voltaje

Mejora de balance de potencia reactiva

Estabilidad y capacidad de transmisión

Transferencia de potenciasin Compensación Serie

Transferencia de potenciacon Compensación Serie

Grado de compensación:

Aspectos de sistema: Estabilidad de Voltaje

Balance de potencia entre dos circuitos

Mejora la capacidad de transmisión Optimiza pérdidas

Optimización de pérdidas:

Esquema de protección con varistor ZnO

Sistema con chispero

C Banco de capacitores

Z Varistor de óxido metálico

D Reactor de amortiguamiento de descarga

G Chispero con disparo forzado

B Interruptor de paso

Disposición típica de una fase de un capacitor en serie de 500 kV

1. Banco de capacitores2. Varistores de ZnO3. Equipo de disparo4. Circuito de

amortiguamiento5. Chispero6. Conexión de fibra

óptica7. Plataforma de control8. Interruptor de paso

Evaluación de dos alternativas de diseño de sistemas de transmisión EAT en CA

Ejemplo de Compensación Serie, Suecia Generación hidroeléctrica en el norte

del pais.Centro de carga en el sur del pais.

Primera instalación de SC en alta tensión en 1950 (ASEA)

8 líneas de 400 kV con compensación serie

Sin la compensación serie se hubieran requerido 12 líneas de 400 kV!

Costo de la compensación ~ 80 MUSD Costo de 4 líneas ~ 550 MUSD

200 km

SC

SC

Mapa geográfico

Mapaeléctrico

Itaipu-São Paulo 765 kV AC transmissionNecesidades de Furnas

Transportar 6300 MW generados en Itaipu hacia el centro de carga de São Paulo

Solución Un sistema de transmisión en 765 kV con tres líneas con Compensación Serie.

La alternativa serian 5 líneas sin Compensación Serie.

Beneficio económico Costos de la Compensación Serie 120 MUSD Costo de dos líneas 800 MUSD DIF 680 MUSD

IvaiporaItabera

Itaipu

São Paulo

ABB SC

Datos del Sistema

Distance: 900 km Power transfer: 6300 MWVoltage: 765 kVFrequency: 60 Hz

Programa, Equipos FACTS

Introducción al Mundo de FACTS Compensación Serie (SC, TCSC) Compensación Shunt Utilities (SVC) Compensación Shunt Industrias (SVC) Proyectos

Estabilidad en sistemas de potencia

Estabilidad sincrónica <=> potencia activa! Estabilidad en estado estacionario

Estabilidad en estado transitorio

Estabilidad de voltaje <=> potencia reactiva! Estabilidad de voltage temporario

Estabilidad de voltage transitorio

La estabilidad de voltaje está directamente vinculada al balance de potencia reactiva en el sistema y a la característica de las cargas.

SVC es un equipo que puede generar ó absorber grandes cantidades de Potencia Reactiva.

Esa generación ó absorción se hace de una forma automática y extremamente rápida.

Un SVC puede pasar de su máximo de generación a su máximo de absorción ó vice-versa en un espacio de tiempo máximo de 3 ciclos.

Un SVC es un equipo que habitualmente tiene su punto de operación en cero de generación ó de absorción.

Que es un SVC?

Beneficios de un SVC

Estabilización de la tensión dinámica: Aumento de la capacidad de transferencia de energía Reducción de la variación de tensión

Mejora de la estabilidad sincrónica: Aumento de la estabilidad en régimen transitorio Mejor amortiguación del sistema de transmisión de energía eléctrica

Equilibrio dinámico de la carga Compensación de potencia reactiva de cargas con variaciones rápidas

Soporte de la tensión en régimen permanente Reducción de las pérdidas de transferencia

2* IRPpérdidas U

QPI

22

2

22 )(*

U

QPRPpérdidas

Centros de carga importantesPara reducir el efecto de las perturbaciones de la red sobre cargas sensibles.

Subestaciones críticasPara impedir las caídas de tensión causadas por variaciones de potencia activa.

Grandes cargas industriales

Subestaciones de tracción eléctrica

Subestaciones de convertidores de alta tensión continua

Donde es necesario un SVC?

Reactor controlado/conmutado por tiristores Capacitor conmutado por tiristores Filtros armónicos Reactor conmutado por tiristores Capacitor fijo o conmutado mecánicamente (MSC)

Compensador estático (SVC)

Válvula BCT

TCR

Reactor controlado por tiristores

TSC

Capacitor conmutado por tiristores

Beneficios económicos Costo por medio de un apagón?

20? 30? 40 MUSD? Puede ser mucho mas elevado!!!

Digamos 30 MUSD

Costo de un SVC 20 MUSD

Un apagón por año – 1,5 años

Dos apagones por año - 8 meses

Beneficios económicos Economia un Sistema de Transmisión (por año)

Peaje de 200 MW no suministrados 2 horas/dia

5 dias por semana ~ 11,5 MUSD Multas ~ 3,5 MUSD Costo Nacional ~ 20 MUSD

TOTAL ~ 35 MUSD

Costo de un SVC para solucionar el problema ~ 18 MUSD Tiempo de retorno de la inversión ~ 1/2

AÑO

Programa, Equipos FACTS

Introducción al Mundo de FACTS Compensación Serie (SC) Compensación Shunt Utillities (SVC) Compensación Shunt Industrias (SVC) Proyectos

Potencia reactiva con compensación dinamica

Q

Q

Q NET

EAF

Q EAF

PCC

SVC

SVC

Q TCR

TCR

FC’s

SET OF CAPACITORBANKS, FC’s

Porque equipos FACTS para industrias ?

Razones principales Exigencias de Calidad de Potencia

Mejora de la economia de los procesos.

Mejora de la economia de procesos

Mejora de la economia de procesos

• Aumento de producción• Reducción de las perdidas de energia• Reducción del consumo de electrodos • Reducción del consumo de refractario• Tiempo de laminación mas corto

Aumento de producción es lo mas importante

Mejora de la economia de procesos

Voltaje sin SVC Voltaje con SVC

Producción

Programa, Equipos FACTS

Introducción al Mundo de FACTS Compensación Serie (SC) Compensación Shunt Utillities (SVC) Compensación Shunt Industrias (SVC) Proyectos

Interconexión Norte-Sur en Brasil

8 Bancos de Capacitores Série hacen posible la interconexión de

dos sistemas gigantes en GW!

Interconexión Norte/Sur, Brasil 1/3

Brazil

Norte-SurInterconexión

5 SCs + 1 TCSC

Subestación Potencia Tensión

Maraba 348 Mvar SC 500 kV

Miracena 161 Mvar SC 500 kV

Colinas 2x161 Mvar SC 500 kV

Imperatriz 161 Mvar SC 500 kV 107 Mvar TCSC 500 kV

SVC, Mineria Antamina, Peru

Necesidades de Antamina

Suporte de voltaje durante regimen estacionario y durante contingencias

Maquinas eléctricas de grande porte como grandes motores AC, trenes de velocidad variable y ciclo convertidores.

Solución de ABB

Instalación de un Compensador Estatico

Benefícios para Antamina

Reducción de las paradas de operación las máquinas.

Mineria Antamina

Lima

Peru

Vizcarra SVC, Peru

VizcarraSVC

Lima

PERU

Mejora la alimentación a un complejo minero Estabiliza el voltaje

220 kV +/- 5% SVC: 220 kV,

-45/+90 Mvar En servicio:

Diciembre 2000

90 MVA

5: a 51 Mvar

TCR135 Mvar

7: o29 Mvar

11: e 10 Mvar

220 kV

Historia de las instalaciones de Equipos FACTS

1950 1960 1970 1980 1990 2000

1950 – Primera transmision con SC

en el mundo ASEA

1972 – Primer SVC para hornos de

arco realizado por ABB

1979 – Primer SVC instalado por ABB para

balance de cargas ferroviarias

1999 – Primer SVC Light

1979 – Primer SVC realizado por ABB

para un sistema EHV

1996 – Primer TCSC en el mundo para Resonancia

Subsíncrona ABB

70’sGran crecimineto de

la demanda deinstalaciones SC

80’sGran crecimiento de la

demanda deinstalaciones de SVC

• JUAN CARLOS CERCADO TORRES

• LUIS ALBERTO LACHE RODAS