* Av. Jorge Newbery 8796, Rosario, Santa Fe, Argentina – email: musto@estudios-electricos.com

AUMENTO DE LA CAPACIDAD DE TRANSMISIÓN MEDIANTE EQUIPOS DE COMPENSACIÓN REACTIVA

A. MUSTO* G. FROMM J. VIVES

Estudios Eléctricos Transelec Estudios Eléctricos

Argentina Chile Argentina

D. PERRONE

Estudios Eléctricos

Argentina

Resumen – Los incrementos esperados de consumo en la zona norte del Sistema Interconectado

Central de CHILE, sumados a las limitaciones presentes en las líneas de transmisión como consecuencia de

una escasa regulación de tensión, han motivado el desarrollo de estudios sistémicos con el objeto de definir

los equipos más convenientes a ser instalados, que permitan maximizar las transferencias de potencia por el

enlace Maitencillo – Cardones 3x220kV.

El desarrollo aquí presentado deja evidencia de las problemáticas y limitaciones originales presentes

en el sistema, y el desempeño de distintos equipos de compensación de potencia reactiva. Finalmente, se

encuentra que la incorporación de dispositivos FACTS (Flexible AC Transmissions Systems), basados en

electrónica de alta potencia, aparece como la alternativa más eficiente y robusta para eliminar las

restricciones en el sistema de transmisión, relativas a fenómenos de estabilidad transitoria por insuficiencia

de potencia reactiva (estabilidad en tensión).

Palabras clave: Compensador sincrónico, SVC, STATCOM, Backswing, nivel de carga, modelos, SIC,

estabilidad en tensión.

1 INTRODUCCIÓN

En un sistema de potencia longitudinal, con líneas de transmisión largas y escasos puntos de enmallamiento,

la regulación de tensión suele ser un gran desafío. El Sistema Interconectado Central de Chile (SIC),

específicamente su zona norte que tiene una extensión de más de 1.000 km, presenta estas características y

resulta ser el foco de interés de este desarrollo.

El triple circuito Maitencillo – Cardones, de 130km de longitud en 220kV y 780MVA de capacidad (a 25°

con sol), representa la vinculación entre dos bloques claramente diferenciados del SIC-Norte: el subsistema

sur (con Maintencillo como punto frontera) se comporta como un nodo activo, con alto grado de control de

tensión y potencia activa, pero con un nivel de cortocircuito de sólo 2400 MVA, mientras que en el

subsistema norte (Cardones a Diego de Almagro, casi 150 km de líneas de simple circuito) predominan los

grandes bloques de demanda mineros, nodos pasivos, sin control de tensión o potencia activa; la generación

disponible presenta un elevado costo de operación.

En la figura siguiente puede apreciarse una representación geográfica de la zona norte del SIC, y un esquema

unifilar con mayores detalles de sus características; potencias, longitudes, instalaciones existentes, etc.

2

CENTRAL GUACOLDA

S/E MAITENCILLO

S/E CARDONES

S/E CARRERA PINTO

S/E DIEGO DE ALMAGRO

CENTRAL TALTAL (S/E PAPOSO)

Resto del

SIC

~

185km

75km

70km

75km

130km

~

2 x 120MW (gas/diesel)

4 x 150MW (carbón)

35km

220 kV

110 kV

LÍMITE impuesto por estabilidad

de tensión

GUACOLDA

QUILLOTA

LOS VILOS

PAN DE AZÚCAR

MAITENCILLO

NOGALES

LAS PALMAS

PUNTA COLORADA

CARDONES

CARRERA PINTO

DIEGO DE ALMAGRO

PAPOSO

TALTAL

Resto del SIC

Carga asociada parcialmente a un EDACxCE

Fig. 1–Representación geográfica y esquema unifilar de la zona norte del SIC.

Así, las transferencias esperadas de potencia resultan en sentido SUR – NORTE, aunque con limites mucho

más estrechos que la capacidad térmica de los conductores, como consecuencia del bajo nivel de

cortocircuito en extremo transmisor y mala regulación de tensión en el extremo receptor. Aún con esquemas

automáticos de alivio de carga en caso de fallas (no por fallas sino por control de tensión), los límites

operativos de transmisión por el triple circuito han resultado del orden de 345MW, generando muchas veces

la necesidad de despacho forzado de unidades térmicas de alto costo operativo. La operación con

transferencias mayores a este valor ha demostrado ser riesgosa, con niveles de sensibilidad dU/dP elevados y

posibles oscilaciones de potencia no-amortiguadas como factores limitantes.

En este contexto, surge la necesidad de realizar estudios exhaustivos, estáticos a través de cálculos de

sensibilidad (dU/dP y dQ/dP) y niveles de carga, y dinámicos a través de simulaciones de transitorios

electromecánicos, que permitan identificar el equipo adecuado a instalar para poder incrementar las

transferencias de potencia sin aumentar los costos de operación. La precisión y el detalle en los modelos

empleados resultan fundamentales para la obtención de resultados confiables.

2 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ORIGINAL. ESTABILIDAD DE TENSIÓN

Para poder incrementar los límites de transmisión es necesario cumplir con los siguientes factores claves:

• Verificar todos los criterios de desempeño establecidos en la Norma Técnica de Seguridad y Calidad

de Servicio (NTSyCS) [1].

• No degradar las condiciones de operación actuales.

En función de esto, surge un primer análisis de detalle asociado a la condición de operación LÍMITE

actual/original, que permitirá verificar el correcto cumplimiento de los estándares de operación, y al mismo

tiempo establecer otros índices de desempeño que si bien no están establecidos a nivel normativo, deberán

ser mejorados o al menos mantenidos por la situación futura planteada.

3

El escenario de operación presenta las siguientes características:

• Demanda alta

• 4 unidades en Guacolda en servicio y con margen de regulación de potencia reactiva

• Generación nula desde S/E Cardones hacia el norte

• SVC’s Maitencillo y Pan de Azúcar en servicio y con margen de regulación

• Transferencias por las tres líneas Maitencillo – Cardones igual a 345MW

Un primer análisis considera el cálculo de los niveles de sensibilidad dU/dP y dQ/dP que presenta el sistema

en estas condiciones, a fin de determinar las variaciones de tensión e incrementos de potencia reactiva

producidos por pequeños incrementos de carga. Estos valores permitirán estimar el comportamiento del

sistema para pequeñas variaciones de la red.

TABLA I. VALORES DE SENSIBILIDAD

Red N Red N-1 (con EDACxCE)

dU/dP = 0,39 %/MW dU/dP = 0,49 %/MW

dQ/dP = 1,90 MVAr/MW dQ/dP = 2,32 MVAr/MW

La figura siguiente muestra las curvas PV para este caso base; al realizar incrementos en la carga de 110kV

ubicada en el extremo norte. Obsérvese la reducida distancia al punto de colapso:

410,384,358,332,306,280,

1,100

1,000

0,900

0,800

0,700

0,600

x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones

S/E Cardones\J1

DdA\J

El Salvador 110 kV

X = 315,00 MW

351.32 MW 0.74

324.72 MW 0.91

410,384,358,332,306,280,

1,100

1,000

0,900

0,800

0,700

0,600

x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones

S/E Cardones\J1

DdA\J

El Salvador 110 kV

X = 345,00 MW

401.39 MW 0.69

410,384,358,332,306,280,

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

-0,50

x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones

S/E Cardones\J1: Sensitivity

DdA\J: Sensitivity

El Salvador 110 kV: Sensitivity

X = 345,00 MW

344.75 MW 0.22 p.u.

410,384,358,332,306,280,

2,00

1,50

1,00

0,50

0,00

-0,50

x-Axis: U_P-Curve: P Maitencillo - Cardones

S/E Cardones\J1: Sensitivity

DdA\J: Sensitivity

El Salvador 110 kV: Sensitivity

X = 315,00 MW

314.04 MW 0.28 p.u.

Zona de operación

Margen: 56MW

Zona de operación

Margen: 36MW

Zona de colapso

Curva PV en red N ↓ Curva PV en red N-1 ↓Maitencillo – Cardones C1 F/S con EDACxCE (Paipote y El Refugio)

Zon

a d

e co

lap

so

Fig. 2–Curvas PV para el caso Base.

Evidentemente las exigencias a las que se encuentra sometido el sistema cuando las variaciones de carga se

realizan sobre un consumo localizado en el extremo de la red resultan elevadas, obteniendo niveles de carga

del orden del 86% (345MW sobre 401MW) para red N, y 90% (315MW sobre 351MW) para red N-1,

considerando aplicado el EDACxCE en Paipote y El Refugio (S/E Cardones 110kV). Ambos valores se

encuentran por encima de los niveles límite de carga recomendados para la operación de un sistema de

potencia (70% para condiciones de red N, y 80% para N-1) [2] [3].

Una vez establecidas las condiciones de borde a nivel estático, se realizan simulaciones dinámicas de

transitorios electromecánicos a fin de evaluar la estabilidad transitoria del sistema, luego de que el mismo es

sometido a una gran perturbación (falla de diseño).

La estabilidad en régimen transitorio del SIC se evalúa sobre la base de los siguientes parámetros [1]:

• Excursión del ángulo del rotor en primera oscilación. Estabilidad angular no oscilatoria

• Amortiguamiento de las oscilaciones. Estabilidad angular oscilatoria

• Recuperación y control de la frecuencia. Estabilidad en frecuencia

• Recuperación y control de la tensión. Estabilidad en tensión

4

Se adopta como referencia de ángulos a la unidad eléctricamente más cercana al eje inercial del sistema, y se

considera un ángulo de ±120º como máximo ángulo de carga admitido. A su vez, se verifica que la tensión

en todos los nodos del sistema de transporte permanezca por arriba de 0.7pu luego de 10ms de despejada la

falla, y no permanezca por debajo de 0.8pu durante un tiempo mayor a 1s.

La falla más crítica para esta condición de operación resulta un cortocircuito bifásico sobre uno de los

circuitos de línea Maitencillo – Cardones 220kV, extremo Maitencillo. Obsérvese de las figuras siguientes

que el comportamiento del sistema se encuentra al límite del incumplimiento de los parámetros de

desempeño, especialmente en cuanto a control de tensión.

20,016,012,08,004,00-0,00 [s]

1,150

1,020

0,890

0,760

0,630

0,500

CPinto\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)

DdA\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)

Card\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)

Maite\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)

Pap\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)

Y = 1,050 p.u.

Y = 0,950 p.u.

Y = 0,700 p.u.

19.528 s 0.935 p.u.19.528 s 0.935 p.u.

20,016,012,08,004,00-0,00 [s]

1,150

1,020

0,890

0,760

0,630

0,500

Potrerillos 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.

El Salvador 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.

DdA\HA: Voltage, Magnitude in p.u.

Y = 1,100 p.u.

Y = 0,900 p.u. 19.376 s 0.965 p.u.19.376 s 0.965 p.u.

AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES uAtac

F2F Maitencillo - Cardones L3 Octubre 2011 - sin CS

Date: 12/13/2011

Annex: /3

DIg

SIL

EN

T

5,004,003,002,001,000,00 [s]

1,150

1,020

0,890

0,760

0,630

0,500

CPinto\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)

DdA\J: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)

Card\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 224kV)

Maite\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)

Pap\J1: Voltage, Magnitud in p.u. (userv = 226kV)

Y = 1,050 p.u.

Y = 0,950 p.u.

1.392 s 0.700 p.u. 1.392 s 0.700 p.u.

5,004,003,002,001,000,00 [s]

1,150

1,020

0,890

0,760

0,630

0,500

Potrerillos 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.

El Salvador 110 kV: Voltage, Magnitude in p.u.

DdA\HA: Voltage, Magnitude in p.u.

Y = 1,100 p.u.

Y = 0,900 p.u.

AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES uAtac

F2F Maitencillo - Cardones L3 Octubre 2011 - sin CS

Date: 12/13/2011

Annex: /3

DIg

SIL

EN

T

Fig. 3 (a)–Simulación completa; 20 segundos Fig. 3 (b)–Primeros 5 segundos

Evolución transitoria de la tensión, frente a un cortocircuito bifásico en Maitencillo – Cardones C1

Si bien se observa que la tensión post-falla, una vez estabilizada en su valor final, se encuentra próxima a los

valores límites normativos (0,93pu), las mayores exigencias se obtienen en el período de recuperación

transitoria, donde la tensión alcanza el umbral mínimo de 0,7pu.

En función de estos análisis, no solo se valida la operación del SIC con 345MW de transferencia por

Maitencillo – Cardones, sino que se establecen valores de sensibilidad que deberán al menos ser mantenidos

en cualquier análisis de incremento de las transferencias de potencia.

3 FACTIBILIDAD DE INCREMENTO DE LOS LÍMITES DE TRANSMISIÓN

3.1 Análisis de las instalaciones

El enlace Maitencillo ‑ Cardones 220kV se encuentra compuesto por un circuito (C1) de aproximadamente

54,37Ω de impedancia y una capacidad permanente de 197 MVA (25ºC con SOL) y dos circuitos

prácticamente semejantes (C2 y C3) con 55,26Ω de impedancia y una capacidad permanente de 290MVA

(25ºC con SOL). Debido a estas características, el circuito 1 es el que limita en todos los casos la máxima

transferencia por el enlace ya que presenta la mínima capacidad y la mínima impedancia. La tabla II

presentada a continuación resume las transferencias admisibles por cada circuito y la total del enlace, para

condiciones normales (régimen permanente) y condiciones de contingencia simple (corta duración).

Se destaca que si bien se presentan en todos los casos las corrientes y potencias admisibles por los circuitos 2

y 3, la transferencia máxima resulta siempre limitada por el circuito 1. Específicamente la potencia

transmitida por los circuitos 2 y 3 será como máximo el 98,4% de la transmitida por el circuito 1 debido a la

distribución de carga por los enlaces (directamente asociada a la impedancia serie de los mismos).

Analizando la tabla se encuentra que el límite de transferencia para condiciones N-1 (25º con SOL) resulta

418MW, lo que deja en evidencia que para incrementar las transferencias por encima de este valor se

requiere un EDACxCE que se habilite ante la pérdida de uno de los enlaces C2 o C3 para evitar sobrecargas

inadmisibles.

5

TABLA II. CAPACIDAD DE CONDUCTORES

10 15 20 25 30 35 40 10 15 20 25 30 35 40

0,707 0,650 0,588 0,518 0,436 0,333 0,177 0,758 0,696 0,628 0,553 0,463 0,354 0,186

0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611 0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611

0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611 0,885 0,846 0,806 0,762 0,716 0,666 0,611

C1 [MVA] 269 248 224 197 166 127 67 C1 [MVA] 289 265 239 211 176 135 71

C2 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233 C2 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233

C3 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233 C3 [MVA] 337 322 307 290 273 254 233

800 735 665 586 493 377 200 573 526 475 418 350 268 141

a)

10 15 20 25 30 35 40 10 15 20 25 30 35 40

0,793 0,743 0,690 0,631 0,565 0,490 0,401 0,853 0,798 0,739 0,675 0,604 0,523 0,427

0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716 0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716

0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716 0,957 0,920 0,880 0,860 0,800 0,757 0,716

C1 [MVA] 302 283 263 240 215 187 153 C1 [MVA] 325 304 282 257 230 199 163

C2 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273 C2 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273

C3 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273 C3 [MVA] 365 351 335 328 305 288 273

897 840 780 714 639 554 454 645 603 559 510 457 395 323

d)

PERMANENTECON SOL

Temperatura [ºC] CORTA DURACIÓNCON SOL

IPREV

= 50%

Temperatura [ºC]

C1 [kA] C1 [kA]

C2 [kA] C2 [kA]3

C3 [kA] C3 [kA]3

3 CIRCUITOS [MVA]1 C1+C2/3 [MVA]2

c)

PERMANENTESIN SOL

Temperatura [ºC] CORTA DURACIÓNSIN SOL

IPREV

= 50%

Temperatura [ºC]

C1 [kA] C1 [kA]

C2 [kA] C2 [kA]3

C3 [kA] C3 [kA]3

3 CIRCUITOS [MVA]1 C1+C2/3 [MVA]2

b)

1) 1,732x220kVx(C1)x(1+2*0,984)

2) 1,732x220kVx(C1)x(1+0,984)

3) Régimen permanente (no se dispone información de capacidad transitoria)

1) 1,732 x 220kV x (C1) x (1 + 2 x 0,984) 2) 1,732 x 220kV x (C1) x (1 + 0,984) 3) Régimen permanente; sin información de capacidad transitoria

Una transferencia total de 420MW resulta en un nivel de carga poco mayor al 70% en el circuito 1, lo cual

implica que, ante la ocurrencia de una contingencia, el tiempo de reducción de la sobrecarga deberá ser

menor a 15 minutos.

En función de esto y considerando la NO disponibilidad de esquemas automáticos de corte de carga, los

estudios de ampliación de capacidad de transporte consideran un valor máximo objetivo por Maitencillo –

Cardones igual a 420MW.

3.2 Caso de estudio 1: Instalación de un Compensador Sincrónico en Central Taltal

Como primera alternativa y en base a evaluaciones técnico-económicas previas, surge la opción de instalar

un compensador sincrónico dentro de las instalaciones de la central Taltal, en barras de 15kV, el cual

emplearía el transformador de bloque de una de las unidades ya instaladas.

La figura siguiente presenta la zona de influencia, la conexión del compensador sincrónico y los parámetros

que se utilizaron para el modelado, en formato DIgSILENT Power Factory. La información fue suministrada

directamente por uno de los posibles proveedores del equipo.

S/E CARRERA PINTO

S/E DIEGO DE ALMAGRO

CENTRAL TALTAL (S/E PAPOSO)

~

185km

75km

70km

2 x 120MW (gas/diesel)

~ ~

C. SINCR.120MVA

Empleo del mismo TR Taltal U2

Fig. 4 (a)–Esquema unifilar zona de influencia Fig. 4 (b)–Modelo del Compensador Sincrónico

Luego, teniendo en cuenta la transferencia objetivo máxima que se pretende alcanzar por el triple circuito

Maitencillo – Cardones 220kV, las previsiones de aumento de la demanda en la zona, y los nuevos proyectos

mineros planificados para el corto plazo, se plantea un caso de un estudio futuro que permita alcanzar una

transferencia de 420MW, y resulte acorde a los plazos de instalación del Compensador Sincrónico.

Manteniendo los mismos criterios para el despacho y operación de la zona norte que el caso base, se observa

estáticamente una considerable mejora; los niveles de tensión se encuentran próximos a las tensiones de

servicio y con suficiente margen de potencia reactiva, y los niveles de sensibilidad de la operación se han

reducido considerablemente (dU/dP en red N = 0,27 %/MW), lo que implica condiciones más estables.Sin

embargo, las características de la unidad (máquina sincrónica) y especialmente su punto de conexión, hacen

inviable esta solución durante el transitorio de falla.

6

Las figuras siguientes muestran la evolución de la tensión en barras de Diego de Almagro 220kV, y el ángulo

rotórico del compensador sincrónico luego de un cortocircuito en Maitencillo - Cardones. Nótese que el

desempeño de ambas evoluciones se encuentra fuera de los valores admitidos a nivel normativo:

• El ángulo rotórico inicial supera los 100° respecto al eje inercial del SIC, y durante el transitorio se

alcanza claramente el valor de 120°.

• La tensión terminal no logra recuperarse por arriba de los 0,7pu límite, y luego por efecto de

backswing decae aún más.

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,150

0,980

0,810

0,640

0,470

0,300

DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)

Y = 1,050 p.u.

Y = 0,950 p.u.

Y = 0,700 p.u.

1.288 s 0.624 p.u. 1.288 s 0.624 p.u.

10,08,006,004,002,000,00 [s]

120,0

72,00

24,00

-24,00

-72,00

-120,0

Compensador Sincronico Taltal: Active Power in MW

1.288 s-54.757 MW 1.288 s-54.757 MW

10,08,006,004,002,000,00 [s]

0,000

-28,00

-56,00

-84,00

-112,0

-140,0

Compensador Sincronico Taltal: Rotor angle in deg

2.112 s-120.358 deg 2.112 s-120.358 deg

1.264 s-102.187 deg 1.264 s-102.187 deg

AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES CS Talta l_1

F2F Maitencillo - Cardones L3 Noviembre 2012 - con CS - 420MW

Date: 12/15/2011

Annex: /6

DIg

SIL

EN

T

10,08,006,004,002,000,00 [s]

1,150

0,980

0,810

0,640

0,470

0,300

DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)

Y = 1,050 p.u.

Y = 0,950 p.u.

Y = 0,700 p.u.

1.288 s 0.624 p.u. 1.288 s 0.624 p.u.

10,08,006,004,002,000,00 [s]

120,0

72,00

24,00

-24,00

-72,00

-120,0

Compensador Sincronico Taltal: Active Power in MW

1.288 s-54.757 MW 1.288 s-54.757 MW

10,08,006,004,002,000,00 [s]

0,000

-28,00

-56,00

-84,00

-112,0

-140,0

Compensador Sincronico Taltal: Rotor angle in deg

2.112 s-120.358 deg 2.112 s-120.358 deg

1.264 s-102.187 deg 1.264 s-102.187 deg

AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES CS Talta l_1

F2F Maitencillo - Cardones L3 Noviembre 2012 - con CS - 420MW

Date: 12/15/2011

Annex: /6

DIg

SIL

EN

T

Fig. 5(a)–Tensión en barras de Diego de Almagro Fig. 5(b)–Ángulo rotórico del compensador sincrónico

Estáticamente se determina que con la incorporación de un compensador sincrónico en Taltal pueden

transferirse 420MW por Maitencillo – Cardones 220kV. Sin embargo, dinámicamente este nivel de

transmisión queda completamente descartado:

• Se verifica que las limitaciones en la ampliación están relacionadas con la recuperación de la tensión

en barras de 220kV (menores a 0,7pu), y la excursión angular del compensador (mayores a 120º).

• También, que estos fenómenos de inestabilidad tienen estrecha relación con la inercia de la máquina

síncrona a instalar (efecto de backswing): cuando la falla es despejada y la tensión tiende a

recuperarse, el ángulo rotórico del compensador se encuentra en valores extremos negativos respecto

al eje inercial del SIC, y el consumo de potencia eléctrica alcanza valores muy elevados. Este

incremento en el consumo de potencia eléctrica incrementa las transferencias por las líneas desde

Maitencillo hacia el norte y genera una depresión en el perfil de tensiones.

Incrementar la inercia del generador colabora con la recuperación de la tensión, pero incrementa la

excursión angular. Para este estudio ambas condiciones están sobrepasadas, por lo que un

incremento de inercia no resulta favorable.

3.3 Caso de estudio 2: Instalación de un SVC en S/E Diego de Almagro

Ya sin la necesidad de utilizar las instalaciones existentes de la central Taltal, y teniendo presente las

problemáticas de inercia encontradas en el estudio previo, se estudia la incorporación de un equipo de

compensación estática, localizado en un punto incluso más estratégico; S/E Diego de Almagro.

La primera opción consiste en instalar un equipo del tipo SVC con una capacidad de +110/-69MVAr,

conectado mediante en barras de Diego de Almagro 220kV a través de un transformador elevador.

Las figuras 6(a) y 6(b) muestran las características del equipo considerado en el estudio, y los resultados de

la misma simulación dinámica que no resultó válida con el Compensador Sincrónico.

Se muestra en un intervalo de 500ms la respuesta de la tensión en barras de 220kV de la S/E Diego de

Almagro, la absorción del equipo SVS (inductancia) y el aporte de potencia reactiva total (CCEE +

inductancia), registrado sobre el transformador elevador.

0,7pu

7

19kV

Control Node

220kV

U: 19kV

Q: +110MVAr

U: 19kV

Q TCR: 179MVAr

Q TSC: 0MVAr

Droop: 2% (100MVAr)

U: 220/19kV

S: 100MVA

X: 13,33%

YNd11

SVC LV Side

SVC HV side

SVS

TCR and TSC SVC filter

1

Tra

nsfo

rmer

Tra

nsfo

rmer

Lin

eLin

e

DIg

SIL

EN

T

Fig. 6(a)–Modelo del SVC Fig. 6(b)–Respuesta dinámica

Obsérvese que la recuperación de la tensión es completamente diferente a la observada con el Compensador

Sincrónico, sin embargo, después de 10ms de despejada la falla, la tensión aún se mantiene por debajo de los

0,7pu mínimos exigidos. Se puede concluir:

1. El incumplimiento en la recuperación de la tensión no es por la velocidad de respuesta del SVS, ya

que el reactor se encuentra en su valor mínimo hasta que la tensión retorna a valores admisibles.

2. La acción del SVS hasta el instante 1,154seg (34ms luego del despeje de la falla) se limita a la

acción de un banco de CCEE estático.

3. La tecnología no es adecuada para afrontar este tipo de contingencias.

3.4 Caso de estudio 3: Instalación de un STATCOM en S/E Diego de Almagro

Con los antecedentes presentados, se analiza el efecto de incorporar en la S/E Diego de Almagro un

STATCOM con las mismas características que el ya instalado en Cerro Navia. Las figuras siguientes

muestran las características del equipo considerado en el estudio, y los resultados de la misma simulación

dinámica que no resultó válida en los casos anteriores. Se consideró que el STATCOM no posee capacidad

de sobrecarga transitoria, por lo que la corriente no supera en ningún momento su capacidad nominal.

Las figuras 7(a) y 7(b) muestran las características del equipo considerado en el estudio, y los resultados de

la misma simulación dinámica que no resultó válida con el Compensador Sincrónico.Nótese como en este

caso al considerar aporte de potencia reactiva durante la aplicación de la falla y los instantes posteriores, la

recuperación resulta acorde a las exigencias normativas. Cuanto mayor capacidad de sobrecarga transitoria

se considere, más rápida será la recuperación de la tensión por sobre 0,7pu, luego del despeje de la falla.

Finalmente, sobre la base de estos análisis preliminares, la implementación de un equipo tipo STATCOM

aparecería como la mejor solución para ampliar la capacidad de transporte del sistema

Maitencillo ‑ Cardones 3x220kV.

1,301,201,101,000,900,80 [s]

1,100

0,900

0,700

0,500

0,300

0,100

DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)

Y = 1,050 p.u.

Y = 0,950 p.u.

Y = 0,700 p.u.

0.999 s 1.138 s

1.120 s 0.564 p.u. 1.120 s 0.564 p.u.

1,301,201,101,000,900,80 [s]

0,000

-30,00

-60,00

-90,00

-120,0

-150,0

SVC tr: Reactive Power/HV-Side in Mvar

X =

1,1

38 s

-67.036 Mvar

1,301,201,101,000,900,80 [s]

90,00

70,00

50,00

30,00

10,00

-10,00

CER DdAlmagro: Positive-Sequence, Reactive Power in Mvar

X =

1,1

38 s

1.138 s 0.000 Mvar 1.138 s 0.000 Mvar

1.154 s 0.040 Mvar 1.154 s 0.040 Mvar

AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES plot

F2F Maitencillo - Cardones L3 Diciembre 2012 - con SVS - 420MW

Date: 12/21/2011

Annex: /9

DIg

SIL

EN

T

8

Fig. 7(a)–Modelo del STATCOM Fig. 7(b)–Respuesta dinámica

4 IMPLEMENTACIÓN ABORDADA

Finalmente sobre la base de estos estudios de factibilidad de ampliación desarrollados, se llevó a cabo la

incorporación de un equipo del tipo STACOM (SVC Plus de la firma SIEMENS) de ±100 MVAr (dos

módulos de ±50 MVAr) junto con un banco de condensadores (MSC) de 533,5μF en la S/E en Diego de

Almagro, que totalizan una capacidad de inyección/absorción de +140 MVAr/-100 MVAr.

El banco de condensadores no cumple la función de filtro, lo que permite maniobrarlo en función de los

requerimientos del sistema, para un adecuado control de tensión. Adicionalmente, el rápido control del SVC

Plus permite operar con el reactor de Diego de Almagro fuera de servicio, lo que también colabora con el

control de tensión. Finalmente, la configuración resultante de dos módulos SVC Plus y un MSC, le otorga

mayor flexibilidad y seguridad de servicio al Sistema Interconectado.

Los estudios definitivos han sido desarrollados con modelos detallados del equipo, suministrado

directamente por el fabricante, sobre la base de escenarios específicos acordes a su fecha prevista de

conexión, maximizados en cuanto a las exigencias del control de tensión. Los límites han quedado

establecidos finalmente en 420MW, valor que ha sido validado mediante la prueba de numerosas

perturbaciones, incluyendo la propia pérdida del SVC Plus.

5 CONCLUSIONES

Sobre la base de los estudios desarrollados y presentados, ha sido encontrar las limitaciones originales que

presentaba el sistema, e identificar el tipo de compensador que necesariamente debiera ser incorporado para

permitir el incremento de las transferencias de potencia por Maitencillo - Cardones.

La incorporación de un equipo del tipo STATCOM ha demostrado a nivel de estudios tener todas las

cualidades necesarias para incrementar los límites, condición que ha quedado demostrado en la práctica real,

con la instalación efectiva de dicho equipo y la operación estable con transferencias de hasta 420MW.

6 REFERENCIAS

[1] Comisión Nacional de Energía, “Norma Técnica de Seguridad y Calidad de Servicio”, Abr. 2014.

[2] P. Kundur, “Power System Stability and Control”, McGraw-Hill Inc, 2004.

[3] R.D. Dunlop, R. Gutmann, P.P. Marchenko, “Analytical Development of Loadability Characteristics for

EHV and UHV Transmission Lines”, IEEE Trans.PAS, Vol.Pas-98, N°2, pp. 606-617, March/April 1979.

1,301,201,101,000,900,80 [s]

1,100

0,920

0,740

0,560

0,380

0,200

DdA\J: Voltage, Magnitude in p.u. (userv = 224kV)

Y = 1,050 p.u.

Y = 0,950 p.u.

Y = 0,700 p.u. 0.999 s 1.129 s

1,301,201,101,000,900,80 [s]

1,360

1,095

0,830

0,565

0,300

0,034

VSC: Current in pu

1.094 s 1.000 p.u. 1.094 s 1.000 p.u.

1,301,201,101,000,900,80 [s]

176,3

141,5

106,7

71,93

37,16

2,386

VSC: Reactive Power in Mvar

1.120 s84.763 Mvar 1.120 s84.763 Mvar

1.154 s124.109 Mvar 1.154 s124.109 Mvar

AMPLIACION SISTEMA 3x220kV MAITENCILLO - CARDONES plot

F2F Maitencillo - Cardones L3 Diciembre 2012 - con STATCOM - 420MW

Date: 12/21/2011

Annex: /9

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EN

T

U: 34kVQ: ±102.5MVAr

Droop: 1% (100MVAr)

U: 230/35.5kVS: 140MVA

X: 12%YNd11

L: 3.69mH

34kVU: 34kVQ: +37,5MVAr

Control Node220kV

34kV

STATCOM LV Side

VSC

STATCOM HV Side

VSC

Reacto

rVSC

Reacto

r

STATCOM filter

1

VSC

Sourc

e

Lin

eLin

e

Tra

nsfo

rmer

Tra

nsfo

rmer

DIg

SIL

EN

T