FACTS Sistemas Flexible de Transmisión de Corriente Alterna (Flexible Alternating Current Transmission Systems) Omar Oma r J ul i án L ópez ópez Ramír ez, ez, código códig o 20122007 2012 2007118 118 Un i versidad Di stri tal F r anci sco José de Cal das Bogot á, Colombia Colom bia
[email protected] ,
Cir cuitos 1, grupo 1, I ngeni ngeni ero L uis Al ejandro Ar ias Barr agán
Abstract — E E n los lo s úl úl ti mos añ os se se está está im pleme pl ement ntando ando la tendencia de in tr oducir equi pos electr electr ónicos de contr ol en los Sistema El é ctr icos de Potencia. E n gener al l os FA CTS se defi nen como sistemas de compensación cuyo objetivo es controlar los par ámetros metr os de la r ed de tr ansmisión ansmi sión tal como: i mpedanci as seri seri e y paral elo, corr iente, voltaj e, á ngul o de fase, fase, y amor tigu amiento de las oscilacion es de potencia. potencia. Se daráa daráa conocer l os FA CTS de tipo está estáti cos y l os FA CT S de ti po di n ámi cos, y sus sus car acter ísticas sti cas pr imor im or dial es. es. Tambi Tam bié é n dar emos a conocer al gun os proyectos que que ya está están en m arch a de gran relevancia. E l documento considera l a in stalación y el el f un cionami ento de la f lexi bil idad de los sistemas sistemas de tr ansmisión de corr iente alterna (F ACT S), los disposit disposit ivos de la transmisión de la red con el fin de aliviar la congestión y minimizar la cantidad de potencia activa que tiene que ser r eenvi eenvi ada. L a necesi necesi dad de ent ent r egar energía rentabl r entabl e en en el mercado de la ener gía se ha con verti do en un a pr eocupación i mpor mpo r tan te en esta tecn ol ogía emergent emerg ente e de hoy en día.
I.
Los estudios de viabilidad se realizaron por primera vez para determinar la necesidad del control rápido de la red. A medida que avanzan los estudios, más modelización detallada de la instalación de los FACTS es necesario para desarrollar el plan de la red final. Antes de la activación comercial de la instalación FACTS, las pruebas de campo se llevaron a cabo para confirmar modelos y para facilitar la operación comercial. En este trabajo se analiza el proceso de planificación e integración de controladores FACTS. [3,4]
II.
DESARROLLO DE CONTENIDOS
En este informe hablaremos hablaremos sobre el sistema sistema flexible de transmisión de corriente alteña FACTS, y daremos a conocer algunas características y que tipos de FACTS se manejan habitualmente.
INTRODUCCIÓN
Uno de los trabajos de los sistemas de interconexiones es aumentar la eficacia de la energía eléctrica del mercado, utilizando los FIS (sistemas flexibles de interconexión), el sistema se puede establecer sin depender de las condiciones de trabajo o de otros elementos eléctricos conectados al sistema y se pueden controlar automáticamente o de manera manual lo que haya establecido la ley. El FIS satisface más plenamente las condiciones y los cambios de la energía eléctrica en el área interestatal y regional incluyendo estos estándares de cálida. Junto con la realización de los FIS mejora la técnica conocida, la tarea real es desarrollar variantes alternativas de su diseño. [1,2] La necesidad de control de la red se ha vuelto cada vez más importante y difícil de lograr en la irregularidad ir regularidad del ambiente. Los FACTS con la capacidad de reaccionar a la red condiciones en menos de un ciclo, los controladores de los FACTS tienen la capacidad de controlar rápidamente flujos de la red, proporcionar soporte dinámico de la tensión, o ambos.
A. ¿Qué son los FACTS? Son un conjunto de dispositivos basados en la Electrónica de Potencia y que tienen la capacidad de modificar los parámetros que regulan la potencia eléctrica que va por una línea. Esto es muy útil para aumentar la capacidad efectiva del sistema de transporte, evitando los desequilibrios entre líneas y escogiendo en cada momento el camino más adecuado para los flujos de potencia. [5]
Figura 1. Flujo de potencia por una línea de transporte de energía eléctrica. [5] En la Figura 1 se presenta un esquema equivalente de una línea de transporte que une dos nudos del sistema. Para modelar la línea se han despreciado las pérdidas y se ha supuesto que no es excesivamente larga. En la figura, X es la reactancia equivalente de la línea, VE y VR son, respectivamente, los módulos de las tensiones en los nudos emisor (E) y receptor (R) y el ángulo de transporte. El nudo emisor suministra la potencia activa (P) que se consume en el nudo receptor y una potencia reactiva (QE) que es la suma de la que se consume en el nudo receptor (QR) más la que consume la propia línea. Como indican las ecuaciones de la figura, la potencia activa (P) y las reactivas (QE y QR) dependen de la reactancia de la línea, del ángulo de transporte y de las tensiones de los nudos. En concreto la potencia activa aumenta si se reduce la reactancia de la línea o si se aumenta el ángulo de transporte, la influencia de las tensiones en los nudos es menos significativa habida cuenta de que en el sistema de transporte las tensiones en los nudos deben de ser siempre próximas a sus valores nominales. Por otro lado, el módulo de la tensión en los nudos depende de la potencia activa y de la reactiva. Sin embargo, como se ilustra en diagrama vectorial de la Figura 1, la caída de tensión del nudo emisor al receptor está asociada, fundamentalmente, a la potencia reactiva, mientras que la potencia activa provoca variaciones de ángulo.
El desarrollo de los sistemas FACTS (sistemas flexibles de transmisión de corriente alterna), basados en la electrónica de alta potencia, ofrece un nuevo y potente medio para afrontar con éxito los nuevos desafíos. El término «FACTS» engloba la totalidad de sistemas basados en la electrónica de alta potencia que se utilizan para la transmisión de energía de corriente alterna. [5] Los sistemas principales son: • Compensador estático (SVC). • Condensador en serie, fijo y controlado por tiristores
(TCSC). • Transformador de desplazamiento de fase (PST) y PST
asistido (APST). • Compensador estático síncrono (STATC OM) . • Compensador en serie estático síncrono (SSSC). • Controlador unificado de flujo de energía (UPFC). [6]
Los FACTS se pueden dividir según sus funciones:
A.1. Control de voltaje Normalmente este control requiere de una capacidad continua, incremental de alta velocidad, de tal forma que para prevenir una inestabilidad potencial en el voltaje, se puede
requerir de la aplicación de un SVC, o bien de un STATCOM. (Plantas generadoras, cambiadores de Taps en transformadores de tipo convencional, banco capacitadores de tipo convencional, compensador estático síncrono (STATCOM), controlador unificado de flujo de potencia (UPFC), súper conductor de energía (SMES), sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS), compensador estático convertible). A.2. control de flujo de potencia En el control del flujo de potencia, los requisitos de velocidad de respuesta son mínimos y se pueden lograr mediante el uso del equipo convencional (capacitores o reactores en serie), también con transformadores reguladores de ángulo de fase. (plantas generadoras, compensación serie convencional, capacitador serie controlado por tiristores( TCSC), reactor en serie controlado por tiristores(TCSR), cambiador de fase controlado por tiristores(TCPST), controlador unificado de flujo de potencia (UPFC), compensador serie estático síncrono(SSSC).
Figura 2. Serie-paralelo compensador, UPFC [8]
B. HVDC And FACTS
A.3. Estabilidad transitoria La importancia de controlador HVDC considerarse como (Capacitador convencional, resistencia controlada por parte de Dispositivo FACTS familia es una estructura del tiristores (TCBR), compensador estático de VARS (SVC), back-to-back convertidor que regula la conversión de los accompensador estático síncrono (STATCOM) TCSE, métodos dc-ac, como FACTS [9, 12,13]. convencionales: sistemas de excitación. Seccionamiento de HVDC se asigna para la frecuencia y fase independiente de líneas de transmisión. corta o larga distancia aérea o subterránea transmisión de potencia mayor con control de velocidad alta [9, 10]. A.4. Estabilidad dinámica Esto proporciona una mayor transmisión de potencia real y Cuando se tienen problemas potenciales de estabilidad menos mantenimiento. Se reduce las posibilidades de dinámica, se requiere normalmente del uso de controles instalación de cables de alimentación Sobre todo en la suplementarios, esto se puede lograr en ocasiones con el transmisión difícil que viaja bajo el agua [10,11]. equipo convencional, como por ejemplo con el uso de capacitores serie, pero si es necesario tener una mejor La instalación de HVDC también depende de la tensión de respuesta que amortigüe sensiblemente las oscilaciones de corriente continua y valores de corriente deseados en la red, potencia, se puede usar SVC, STATCOM, TCSC o algún otro que da por costo convertidor óptimo. Los convertidores de terminar el DC líneas aéreas o cables que están vinculados a controlador de potencia. los autobuses de CA y red [9]. (Capacitador serie convencional, estabilizador de sistemas de HVDC utilizado para la conexión cables submarino tienen potencia, TCSC, SVC, STATCOM, UPFC). [7] normalmente 12-convertidores de impulsos.
C. Investigación progreso en la interacción y el control coordinado de los controladores FACTS. Los operadores del sistema para reducir al mínimo los costos considerado como un sistema pasivo. La tecnología de red puede optimizar simultáneamente con el sistema de
generación. Esto se hace mediante líneas de conmutación de encendido y apagado, para controlar continuamente la admisión de las líneas. Los dispositivos FACTS hace el ajuste en la entrada de las líneas de transmisión. Para estudiar el diseño del mercado de los funcionamientos de los dispositivos FACTS. Teniendo en cuenta el equilibrio entre la oferta de las funciones, el costo variable es utilizado de los dispositivos FACTS como lo son el costo adicionales relativa de la perdida como tal. El problema como tal se encuentran para un sencillo de dos modos de sistema de línea de transmisión. Se muestra que las funciones de los costó marginales están aumentado y no está claro que los dispositivos FACTS son monopolio natural. El estudio muestra que un mecanismo de mercado puede ser empleado para un buen funcionamiento de los dispositivos. El equilibrio de mercado consiste en la determinación de precios para los generadores y admisión basándose en la transmisión de los precios a los propietarios de los dispositivos FACTS. Los costos adicionales de transporte; espachable, mercado electrónico, costo de generación, sistema de generación, el precio de equilibrio de mercado, el diseño del mercado y equilibrio del mercado , los mecanismo de mercado, los monopolios naturales, los sistemas pasivos. Costos variables; la contabilidad de costo, economía, líneas eléctricas topología de las redes eléctricas. Las redes de transmisión de energía eléctrica, la teoría de línea de transmisión de energía eléctrica. Ingeniería controladores términos: La contabilidad de costos, costos, Economía, líneas eléctricas, topología de la red eléctrica, las redes de transmisión de energía eléctrica, la teoría de la línea de transmisión. [14]
D. Control coordinado de múltiples FACTS para mejorar la estabilidad de pequeñas perturbaciones del sistema de potencia. Esta aplicación generada por los FACTS para el desarrollo del sistema de potencia, los FACTS tiene la capacidad de optimizar el flujo de energía, reducir la perdida de la red, aumento la amortiguación en los sistemas de potencia, y manejar la estabilidad de la tensión. Los FACTS también se utilizan para el método de controlar el TCSC y SVC, en un sistema de potencia es equivalente a un sistema de dos máquinas. La estrategia de control robusto de los FACTS es simulador por el SOFTWARE de PSASP en un sistema de alimentación de 4 generadores, en los resultados muestran que la estrategia de controlar el robusto puede mejorar la estabilidad de pequeña señal del sistema. [15]
E. HSA basada en la ubicación optima de los FACTS, dispositivos en el SMARTGRID estabilidad considerando la tensión. El sistema de energía especialmente en SMARTGRID que vuelve más fuerte para la década del futuro como es aumentar la demanda de la energía eléctrica. Debido que su sistema muy cargado de energía está más cerca de colapso de tensión es la estabilidad que suele ocurrir con mucha carga en in sistema como lo es la energía eléctrica como en este caso Colapso de voltaje puede producir el apagón si el seguimiento adecuado no se utiliza. En el caso del trabajo. Las simulaciones se realizan en el sistema de prueba 14-BUS IEEE los resultados de simulación muestra la eficiencia del perfil de tensión y aumenta el margen de colapso de tensión. [16]
F. Localización y dimensionamiento óptimo de los dispositivos FACTS en el entorno SMARTGRID. En un futuro los sistemas de energía han aumentado de la inteligencia y la integración de las nuevas tecnologías en todos los aspectos posible de la red de la energía que están involucrados. Las técnicas integrantes de optimización de seguir como la única herramienta confiable y adecuada para realizar los diseños de óptimos. Esta nota se presenta SHUFFLED para obtener la mejor ubicación y los parámetros de controlador para unificar el flujo de potencia UPFC en entorno. Los UPFC tiene una gran flexibilidad que puede controlar el flujo de la potencia activa y reactiva. UPFC se aplica para maximizar la capacidad de carga del sistema sujeto a los límites de capacidad de transmisión de línea Los resultados de optimización propuesta se comparan con algoritmo de búsqueda HSA y el algoritmo CSA. Estos resultados se comparan con los obtenidos de SFLA para así demostrar la eficacia del método propuesto para la búsqueda de mejores condiciones para la solución de optimización. En realidad el enfoque propuesto se lleva acabo y aprobado en 9-BUS IEEE y IEEE 14 – BUS de los sistemas de ensayo. También los resultados muestran como es la capacidad de carga de los sistemas de transmisión de potencia, se puede mejorar de manera efectiva. Con la localización optima y selección apropiada de los parámetros de la UPFC. [17]
III.
CONCLUSIONES
Los dispositivos FACTS ayudan a flexibilizar el transporte de la energía eléctrica con el objetivo de aumentar la fiabilidad del sistema. Se han convertido en una herramienta para controlar el flujo de potencia de determinadas líneas, compensar reactiva y, gracias a su rapidez de respuesta, atender a las perturbaciones dinámicas más típicas. Existen dos generaciones de dispositivos FACTS que se caracterizan por el tipo de semiconductores que utilizan: la primera generación semiconductores con encendido por puerta y la segunda con encendido y apagado por puerta. Los dispositivos de la primera generación se comportan como elementos pasivos (condensadores, bobinas o transformadores) regulables y los de la segunda generación como fuentes de tensión completamente controlables y sin inercia. En régimen permanente las posibilidades de ambas generaciones son similares, salvo que la segunda generación de FACTS no tiene alguno de los problemas prácticos de la primera: resonancias y dependencia de la compensación del punto de trabajo del sistema. La diferencia fundamental entre ambas generaciones de FACTS radica en la rapidez de respuesta: la respuesta dinámica de los dispositivos de la segunda generación (STATCOM, UPFC y otros) es más rápida que la de los de la primera generación (SVC, transformador desfasador, etc.). El UPFC es el dispositivo FACTS más completo, aglutinando en un único dispositivo todas las posibilidades de los FACTS. Sin embargo, en la práctica los dispositivos más utilizados pertenecen a la primera generación de FACTS y, por el momento, sólo en casos especiales se justifica la instalación de dispositivos tan complejos y caros como un STATCOM o un UPFC. [18]
[6] A B B R e v i e w 5 / 1 9 9 9, 1 [7] http://web.ing.puc.cl/~power/alumno07/FACTS/FACTS.htm [8]. M. H. Haque, Senior Member, IEEE “ Application of UPFC to
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[16] ISBN: 978 a 146731399-5Source Baghaee, HR, Jannati, M., Vahidi, B., Hosseinian, SH, Jazebi, S. (2008) 2008 12 ° Salón Internacional Medio Oriente Energía Sistema de Conferencia, BIBLIOGRAFÍA I V. MEPCON 2008, art. no. 4562387, pp 162-166. Citado 10 veces. [1] A.V. Makarov. The mathematical model of flexible alternating Sharaf, A.M.a, Khaki, B.B FACTS basado encendido régimen de current transmission systems on the basis of controlled compensación de condensadores para aplicaciones de SmartGrid. ferromagnetic elements. Ivanovo: Vestnik IGEU, 2003, vol.3, pp.62[17] Alonso, M., Amaris, H., Álvarez-Ortega, C. Integración de las 69. fuentes de energía renovables en las redes eléctricas inteligentes por [2] N.G. Hingorani, L. Gyugyi, Understanding FACTS: Concepts medio de algoritmos de optimización evolutiva(2012) Sistemas Expertos con aplicaciones, 39 (5), pp 5513-5522. Citado 5 and Technology of Flexible AC. veces.doi: 10.1016/j.eswa.2011.11.069. [3]M. Henderson is with ISO New England, USA (e-mail: [18] Canales de mecánica y electricidad / noviembre-diciembre
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