Control de Sistemas HVDC

Abstract

Los sistemas de transmisión de energía en corriente continua han aumentado considerablemente en el último tiempo; este tipo de transmisión presenta, para ciertas aplicaciones, varias ventajas en comparación a la transmisión tradicional en corriente alterna. Entre sus principales usos se destaca la transmisión de energía a largas distancias y la transmisión subterránea, caracterizándose por su alta controlabilidad, seguridad y precisión. Estos sistemas necesitan gran cantidad de componentes, con diferentes funciones entre sí para poder operar de forma óptima, por lo que su correcta implementación presenta varios desafíos. El sistema de control de estos enlaces puede ser considerado como uno de los elementos más complejos e importantes del sistema HVDC, ya que en un alto grado determina toda la forma de funcionamiento tanto del sistema HVDC como de los sistemas AC conectados por el enlace. El objetivo general de este trabajo consiste en modelar un sistema de control de un enlace HVDC, con el cual se puedan estudiar tanto las principales fallas que afectan a estos sistemas como las acciones de control que se emplean para minimizar el efecto de estas fallas. El trabajo realizado se puede dividir en cuatro etapas: una etapa de investigación y modelación del sistema de control, una etapa de validación del sistema modelado, una etapa donde se estudia el sistema de control funcionando en el SIC con el proyecto hidroeléctrico Aysén y, finalmente, una etapa donde se analiza el enlace HVDC controlando la tensión AC en la estación inversora. Como resultado de la etapa de investigación se propone un sistema de control, con un conjunto de elementos auxiliares necesarios para el correcto funcionamiento del enlace HVDC. Para validar el sistema de control, se lo implementa en la red de prueba Benchmark de CIGRÉ, y se comparan diferentes simulaciones de fallas características de los sistemas estudiados, con simulaciones de diferentes sistemas de control encontrados en la literatura actuando en la misma red de prueba Benchmark y frente a las mismas fallas. Los resultados encontrados luego de comparar el tiempo de estabilización, de subida y peak de corriente en las fallas simuladas, validan el funcionamiento del sistema de control modelado. Al incorporar el sistema de control al enlace HVDC Aysén-SIC, y realizar estudios de flujos de potencia, de estabilidad transitoria y falla permanente de la línea DC, se pudo mostrar que en todos los casos analizados los sistemas estudiados cumplen con los requisitos exigidos por la Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicios. Para todas las contingencias simuladas, el sistema HVDC muestra un comportamiento aceptable, logrando evitar que los sistemas AC conectados por el enlace presenten problemas asociados a la estabilidad de tensión. Los resultados obtenidos en la última etapa, muestran que al incorporar un sistema de control del voltaje AC en el enlace HVDC, es posible controlar la potencia reactiva consumida por las estaciones conversoras, controlando de esta forma la tensión AC en los terminales del enlace. A lo largo del trabajo, se discute la necesidad de sincronizar la acción de este control con filtros o bancos de condensadores, con el fin de asegurar la operación económica del enlace. En cuanto a las restricciones de este control, se analiza la necesidad de limitarlo cuando se presenten disminuciones del voltaje AC.