Diagnóstico del potencial aporte de enlaces HVDC-VSC para otorgar flexibilidad y mejorar la respuesta dinámica en interconexiones regionales

Abstract

En la actualidad, la flexibilidad en la operación de sistemas eléctricos, que consiste en la habilidad del sistema de adaptarse dinámicamente a los cambios de condiciones, por ejemplo, balanceando generación y demanda por horas o minutos, o desplegando nueva generación o recursos de transmisión en periodos de años, siendo especialmente atendida en los sistemas actuales con altos niveles de penetración de generación variables como solar y eólica. La flexibilidad de Sistema Eléctricos de Potencia (SEP) mezcla la operación económica y operación técnica, lo cual se ha abordado en esta tesis como una problemática de un proceso maestro-esclavo, siendo la operación económica descrita como el problema maestro y la operación técnica como el problema esclavo. Este último problema se responsabiliza de la estabilidad del sistema y de manejar los recursos para superar cualquier contingencia. Los fenómenos dinámicos que se presentan en los SEP tienen diferente naturaleza así como elementos que los causan, sin embargo lo que los expertos concuerdan es que para que un sistema sea estable, éste debe tener la capacidad de operar en todo instante de tiempo dentro de sus parámetros de tensión, ángulos y frecuencia controlables independientemente de la configuraciones del sistema, contingencias y/o parque generación para abastecer una demanda dada. Los adelantos en los dispositivos IGBT (del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) que son componentes relevantes de la transmisión HVDC-VSC (del inglés High Voltage Direct Current Voltage Source Converter) han introducido importantes mejoras en la estabilidad de SEP comparación a los sistemas HVDC basado en tiristores. En este sentido, la posibilidad de aportar reactivos al sistema y alimentar a redes pasivas ha sido un gran avance principalmente en redes débiles y en islas eléctricas (como los Sistemas Medianos en Chile), son algunos de los ejemplos de estas perfecciones. El objetivo general de esta tesis corresponde a diagnosticar el aporte de los enlaces HVDC-VSC en la flexibilidad de los sistemas interconectados como en el caso de futuras uniones regionales. Para ello primero se analiza de qué manera se debe modelar el enlace para capturar el fenómeno que se requiere estudiar y su respuesta dentro de varios componentes eléctricos. En segundo lugar la definición de estabilidad en SEP y cómo interactúan cada uno de los componentes eléctricos. En tercer lugar las formas actuales de tipo de conexiones existentes y todas las ventajas/desventajas de tomar conexión sincrónica, o en base a solo enlaces HVDC o híbridas. Por último, se presenta la metodología de incorporación de los enlaces HVDC-VSC en SEP para estudios dinámicos/estáticos realizando las simplificaciones y/o mejoras tanto al detalle del modelamiento de sus componentes físicas como de su control. Con lo anterior, se implementan 3 SEP en los cuales se incorporan los enlaces, observando una mejor respuesta dinámica y estática al tener presente los enlaces HVDC-VSC, permitiendo identificar las mejoraras en la flexibilidad. Los sistemas implementados se basaron en desplegar mayores recursos de control para el caso de las simulaciones dinámicas, lo que lleva a un mejor comportamiento dinámico del sistema (mejor coeficiente de amortiguamiento) y en el caso de las simulaciones estáticas se logra re-direccionar flujos lo que entrega una flexibilidad de red de transmisión. Las simulaciones dinámicas demuestran que la incorporación de los enlaces aumenta el amortiguamiento de las oscilaciones electromecánicas incrementa la respuesta dinámica del sistema teniendo mayores recursos que aporte a la estabilidad del SEP, mientras que las simulaciones estáticas demostraron que la flexibilidad de red permite desplegar mayores recursos del sistema mejorando la utilización de sistema de transmisión y por consiguiente mejorar la seguridad del sistema para abastecer la demanda en cualquier línea temporal.