OPERACIÓN DE LINEAS DE TRANSMISIÓN

curso

ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA I EE-353M

Ing. Moisés Ventosilla Zevallos

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OPERACIÓN DE LINEAS DE TRANSMISION Clase 14

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OPERACIÓN DE LINEAS DE TRANSMISION Clase 14

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Operación de LT en estado estable Conceptos Compensación de potencia reactiva Gestión de potencia activa FACTS Operación de las Líneas de Transmisión en estado estable

Conceptos

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Flujos de potencia en LT La distribución de corriente es de acuerdo a la impedancia de las LT. Las LT deben responder a condiciones de operación en estado estable y anormales. En los estudio de la operación en estado estable o normal se considera la representación de la línea de transmisión de acuerdo a su longitud, nivel de tensión y parámetros totales. Las LT deben operar dentro de los límites que permitan operar a la red eléctrica sin ningún riesgo o integridad de la misma

Transferencia de potencia en LT. La transferencia de potencia (activa & reactiva) entre los extremos de una LT está sujeta a: 





Parámetros de la línea Niveles de tensión entre barras contiguas La diferencia angular entre barras contiguas

Restricciones en el uso de las LT Estado Dinámico 









Estabilidad transitoria y dinámica. Oscilaciones subsíncronas Sobrevoltajes y subvoltajes dinámicos Colapso de voltaje Colapso de frecuencia

Estado estable 







Irregular transmisión de flujo de potencia. Exceso de potencia reactiva Limitada Capacidad de manejo de voltaje Limitado manejo de efecto térmica

Capacidad de transporte Límite térmico 







Temperatura del medio ambiente Condiciones del viento Condiciones del conductor Distancia del suelo

Límite dieléctrico 





Nivel de voltajes de operación Sobrevoltajes dinámico Sobrevoltajes transitorios

Condiciones de estabilidad 







Límite de estabilidad estática Límite de estabilidad de tensión Estabilidad dinámica Estabilidad transitoria

Límite térmico de los conductors Temperatura del conductor 60ºC    A   n   e   r   o    t   c   u    d   n   o   c    l   e   n   e   e    t   n   e    i   r   r   o    C

Velocidad del viento

Compensación de la potencia reactiva

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Compensación serie La caída de voltaje en la línea se reduce Previene el colapso de voltaje Aumenta la transferencia de potencia Aumenta el límite de estabilidad transitoria

Compensación en paralelo Controlan el nivel de voltaje Los generadores operan con factores de potencia adecuados Se reduce el riesgo de caídas de voltaje

CURSO: ANALISIS DE SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA I

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Gestión de la potencia activa

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Variación de ángulos en serie La diferencia angular en barras incide en el flujo de potencia activa. La variación ficticia de los ángulos permite redireccionar el flujo de potencia activa por las LT.

FACTS Flexible AC Transmissions Systems Sistemas flexibles de transmisión de AC

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FACTS Los inductores y capacitores usados en las LT, son los que permiten corregir las distorsiones operativas que se puedan presentar en la red en cuanto al nivel del voltaje y la capacidad de transmisión Es una aplicación de la electrónica de potencia en el uso de los inductores y capacitores para ampliar la cobertura de la LT. Mejoran la seguridad, capacidad y seguridad de las redes existentes de transporte. Mejoran los márgenes operativos necesarios para la estabilidad de la red y como consecuencia, la energía puede llegar a más consumidores, sin instalar nuevas redes.

Características de los dispositivos FACTS Controlar la impedancia de la línea X SR Controlar el ángulo lo que permite regular el flujo de potencia. Controlar las tensiones

  n    ó    i   s    i   m   s   n   a   r    t   e    d    d   a    d    i   c   a   p   a    C

Límite térmico

Tecnología

Clasificación de los FACTS) Variación de la impedancia de la línea 



Thyristor Controlled Series Compensator - TCSC Solid State Series Compensator - SSSC

Variación de los reactivos en los extremos 

Static VAR Compensator  – SVC  



Reactor Controlado por Tiristores (TCR) Condensador conmutado por Tiristores (TSC)

Static Synchronous Compensator - StatCom

Variación de los ángulos 

Thyristor Controlled Phase Angle Regulator - TCPAR

Combinaciones 

Unified Power Flow Controller  – UPFC 

SSSC y STATCOM

Compensación reactiva serie-paralela Shunt compensation 



SVC STATCOM

Serie compensation 



SSSC TCSC

Fixed Controllable

Variaciones de ángulo

V S 

 jX 

V  R

 P SR  and

 P SR

VSV R

sin   

 X  V R  VS   jXI  

V  R  

V S 

To increase  P SR, increase  

 jXI 

FACTS

V  A

- V inj +

V  B

V  B

 

V inj

V  A

V S 

 jX 

V  R

- V inj +

V  R

 P SR 

VSV R  X 

V  R  P SR

 

V inj

 jXI 

 

V S 

    

sin 

SVC Los más comunes son:    

Reactancia controlada por tiristores (TCR) Condensador conmutado por tiristores (TSC) Reactancia conmutada por tiristores (TSR) Condensador conmutado mecánicamente (MSC)

Aplicaciones: 



 

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 Soporte de la tensión en régimen permanente

Los SVC se dimensionan de modo que puedan variar la tensión del sistema ± 5% como mínimo.

SVC

Control de potencia activa generadores

Control de potencia reactiva generadores

Los primeros FACTS

Los últimos FACTS

Ejemplo de uso de FACTS Caso Base 1018 MW

500 MW

A

G

G

B

1000 MW

500 MW 344.3 MW Slack bus

173.5 MW

170.4 MW

C G

800 MW Pérdida: 18 MW

800 MW

Flujo de A a B de acuerdo a la impedancia de las líneas

Variación en el ángulo de potencia 1024.6 MW

500 MW

A

G

G

B

1000 MW

500 MW 491.8 MW

15 32.8 MW

33 MW

C G

800 MW Pérdida: 24.6 MW

800 MW

Flujo de A a B se incrementa notablemente

Variación en el ángulo de potencia 1024.6 MW

500 MW

A

G

G

B

1000 MW

500 MW 378 MW

5 128.8 MW

130 MW

C G

800 MW Pérdida: 16 MW

800 MW

Flujo de A a B se incrementa

Ventajas Permiten un mayor control sobre el flujo de potencia, dirigiéndolo a través de rutas predeterminadas; Se puede operar con niveles de carga seguros (sin sobrecarga) y cercanos a los límites térmicos de las líneas de transmisión; Mayor capacidad de transferencia de potencia entre áreas controladas, con lo que el margen de reserva en generación puede reducirse considerablemente; Incrementan la seguridad del sistema al aumentar el límite de estabilidad transitoria, limitando las corrientes de corto circuito y sobrecargas, previniendo salidas en cascada, y limitando el efecto de otras fallas en el sistema y equipos;

Ventajas Amortiguan oscilaciones del sistema de potencia que dañan los equipos y limitan la capacidad de transmisión disponible; Responden rápidamente a los cambios en las condiciones de la red para proveer un control del flujo de potencia en tiempo real; Proveen una mayor flexibilidad en la localización de nuevas plantas generadoras; Proporcionan seguridad en las conexiones a través de las líneas de enlace entre empresas y regiones vecinas. Reduce los flujos en lazos de la red Aumenta la calidad de los servicios eléctricos Conlleva beneficios ambientales

Operación de las líneas de transmisión en estado estable

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Regulación de voltaje

Re gulación 

VRO  VRL VRL

x100%

VR0: Magnitud de voltaje sin carga en el extremo receptor VRL: Magnitud de voltaje a plena carga en el extremo receptor

Líneas cortas Z=R+jX

VR

VS

 VS   1 Z   VR  I    I  0 1   R   S 

IS=IR VS=VR+IRZ VS δ

θ

VR

ІVSІ ≈ІVRІ+ІІ R І(RcosθR+XsenθR)

Curvas P-V

Líneas de longitud media

Líneas de longitud larga

Zc: Impedancia característica de la línea : Constante de propagación Los despliegues de las líneas de longitud media y larga fueron tomadas del libro “Sistemas eléctricos de potencia” de D.P. Kothari -I.J. Nagrath

Efecto Ferranti Línea larga sin carga Mayor longitud, más es el nivel de tensión en la recepción.