Super-grid mediante enlace HVDC VSC multiterminal aplicación al sistema eléctrico chileno

Abstract

Uno de los principales problemas de los grandes sistemas en corriente alterna es el transporte de grandes bloques de energía a largas distancias, esto debido a que la potencia transferida por una línea eléctrica depende en gran medida de las impedancias de la misma. Cuando una línea posee una gran longitud se producen importantes pérdidas de potencia y capacidad de transmisión, debido al aumento de la impedancia serie y admitancia shunt (aumento de reactivos en la línea) respectivamente. Lo anterior implica que, para transferir altos niveles de potencia, se requieren elementos tales como: compensación serie y/o paralela, conductores pesados, torres de alta de tensión que utilizan grandes franjas de seguridad, entre otros. Una de las tecnologías que permite solucionar este problema es la llamada transmisión en alta tensión y corriente continua (HVDC). Esta permite transferir grandes bloques de energía a largas distancias y con bajas pérdidas. En sus inicios la tecnología HVDC fue construida basandose en convertidores puentes de tiristores (Enlaces HVDC tipo LCC). Este tipo de convertidor requiere la inversión de la polaridad de la tensión DC para invertir la dirección del flujo de potencia activa que circula a través del mismo. Este es uno de los principales problemas de la tecnología LCC, ya que impide realizar conexiones multiterminal con alta flexibilidad (es decir que posean la capacidad de controlar, sin dificultad, la dirección de los flujos de potencia a través de la red DC). Por ésto nace la tecnología HVDC basada en convertidores tipo fuente de voltaje (HVDC VSC), la cual permite invertir los flujos de potencia activa a través de los convertidores invirtiendo la dirección de la corriente inyectada por el mismo, ésto permite construir redes multiterminal con una alta flexibilidad operacional. Este trabajo consiste en estudiar los sistemas HVDC VSC multiterminal, considerando los distintos tipos de convertidores, estrategias de control y conexiones existentes. El documento se divide en dos etapas: 1) Utilizando MATLAB/Simulink, se realiza la modelación de tres redes multiterminal con idénticos parámetros eléctricos operando con distintas estrategias de control de voltaje DC (control maestro-esclavo, control de caída de tensión y control de margen de tensión). Al estudiar sus distintos comportamientos dinámicos se obtienen ventajas y desventajas en cada uno. Sin embargo, se observa que el control de caída es el más indicado para las futuras redes multiterminal, presentando mejores características de estabilidad y confiabilidad para la red DC. 2) Se modela un sistema multiterminal, utilizando la herramienta DSL de Power Factory DigSilent, para unificar todo el sistema eléctrico chileno. Las estaciones operan con control de caída de tensión. El comportamiento dinámico de éste sistema híbrido (AC y DC) se analiza con estudios de estabilidad transitoria frente a distintas contingencias. Los resultados indican que estas redes permiten dar soporte contra contingencias severas, aportar al control primario de frecuencia, control de tensión e incoporar de forma segura la gran cantidad de energías renovables no convencionales ubicadas en la zona norte de nuestro país.