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Resumen:

En éste documento se describe el trabajo realizado a partir de flujos de carga y análisis de estabilidad de tensión, con el fin de observar las condiciones operativas antes y después de la instalación del SVC en la subestación Tunal 230 kV, para el área Oriental del Sistema Eléctrico Colombiano donde se encuentra la mayor cantidad de activos propiedad de Empresa de Energía de Bogotá (EEB). Cabe anotar que el principal centro de demanda de energía eléctrica de ésta parte del sistema interconectado nacional (STN), es la ciudad de Bogotá capital del país.

Inicialmente se enuncian aspectos generales del área Oriental del sistema, se consignan algunas características del SVC instalado en la subestación Tunal y del software utilizado en el proceso de simulación; más adelante, se ilustran los resultados obtenidos en las simulaciones realizadas de acuerdo a las diferentes condiciones planteadas y por último, se hacen las conclusiones y recomendaciones fruto del análisis de resultados.

1. Introducción

En el sistema eléctrico Colombiano el incremento de la demanda, los cambios regulatorios, el aumento de los costos de ejecución de los proyectos debido a los requerimientos ambientales y las dificultades topográficas y sociopolíticas para expandir el SIN, han facilitado considerar las alternativas tecnológicas que permitirán mejorar la explotación del sistema; por ello, la Unidad de Planeación Minero Energética (UPME) en el Plan de Expansión de Referencia Generación – Transmisión 2013-2027 recomendó la instalación de dos dispositivos FACTS en el área oriental del STN.

Ante esta situación, la Empresa de Energía de Bogotá el 30 de Noviembre de 2014, puso en servicio el Compensador Estático de Potencia Reactiva SVC en la subestación Tunal 230 kV, con el fin de disponer de los reactivos requeridos para el

IMPACTO DEL SVC TUNAL 230 kV EN EL SISTEMA ELECTRICO DE EEB EN 2015

Autor/es: JOSE ALEJANDRO RIVERA BOLAÑOS, Ingeniero Electricista Especialista en Sistemas de Transmisión y Distribución de Energía. Empresa o entidad: EMPRESA DE ENERGÍA DE BOGOTÁ S.A. E.S.P Cargo: Asesor Gerencia de Operación Vicepresidencia de Transmisión

DATOS DE LA EMPRESA Dirección: Cra 9 # 73-44 Código Postal: 110221 Teléfono: PBX (57-1) 3268000 E-Mail: jrivera@eeb.com.co

PALABRAS-CLAVE: Área Oriental, Contingencias, FACTS, SVC, Tunal, Curvas, estabilidad.

EMPRESA DE ENERGÍA DE BOGOTÁ S.A. E.S.P COLOMBIA Impacto del SVC TUNAL 230 kV en el sistema Eléctrico de EEB 2015 Bogotá Agosto de 2017.

Indicar código de subtema, por ej. (T3-2)

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soporte de tensión en Bogotá y el área oriental.

El SVC instalado en la subestación Tunal cuenta con una estrategia de control que incluye funciones para el control de potencia reactiva, capacidad de sobrecarga y control del amortiguamiento de las oscilaciones de potencia.

Dadas las características ya mencionadas del equipo, la tecnología del mismo y considerando que es el primer dispositivo de este tipo que se instala en el sistema de EEB, desde la gerencia de operación surgió la necesidad de visualizar su impacto sobre la red y, determinar las nuevas consignas operativas considerando las características eléctricas del sistema en condiciones normales de operación y ante contingencias, con el fin de establecer las condiciones de operación que permitan obtener un mayor aprovechamiento del mismo y, por ende, los mejores beneficios para el sistema.

2. Descripción del Área Oriental del SIN año 2015

Operativamente el sistema eléctrico colombiano se encuentra dividido en cinco áreas: Antioquia, Caribe, Nordeste, Oriental y Suroccidental y cada una de ellas se fracciona a su vez en subáreas que facilitan los procesos operativos. El área Oriental atiende demanda en los departamentos de Cundinamarca, Meta, Guaviare y algunas localidades de Boyacá y Casanare; seguidamente se muestran las principales características de esta parte del sistema en la fecha de entrada en servicio del SVC en la subestación Tunal 230 kV.

2.1 Principales Características del área

El área se encuentra divida en dos subáreas Bogotá y Meta-Guaviare con activos operados por (12) agentes del SIN entre generadores, transmisores y distribuidores de energía que tienen equipos instalados en dieciséis (16) subestaciones del STN (nivel 220 kV o superior) de las cuales cinco (5) son frontera con las demás áreas del SIN. La subárea Bogotá está compuesta por

sesenta (60) subestaciones del Sistema de Transmisión Regional (STR) a 115 kV y 57.5 kV mientras que la subárea Meta-Guaviare la conforman nueve (9) subestaciones a 115 kV.

Aproximadamente el 91% de la demanda que atiende el área se encuentra en la subárea Bogotá que cuenta con un anillo a nivel de STR con conexión a algunas plantas menores de generación, una capacidad de transformación de 4000 MVA para conexión a la red de 230 kV del STN y un punto de conexión a la red de 500 kV del STN con la transformación 500/115 kV en la subestación Bacatá. El 9% restante de la demanda es atendida por la subárea Meta-Guaviare cuya conexión al STN se da por medio de los autotransformadores 230/115 kV instalados en la subestación Reforma y por el circuito Cáqueza – Reforma 115 kV.

Las subestaciones que conforman el área están interconectadas por medio de treintaicuatro (34) líneas de transmisión a 230 kV que suman 1998 kilómetros de longitud. Adicionalmente, el área se alimenta por medio del enlace Bacatá - Primavera de 500 kV cuya longitud es de 196 km.

El área cuenta con una capacidad instalada de generación que le permite atender su propia demanda. A nivel de 230 kV se encuentran las plantas Miel (396 MW), Guavio (1200 MW), Chivor (1000 MW) y Pagua (600 MW) todas de generación hidráulica; en 115 kV cuenta con las denominadas “plantas menores de Bogotá” (120 MW) también de generación hidráulica y la panta Termozipa (225 MW) de generación térmica.

Por último, es importante mencionar que la subárea Meta-Guaviare es netamente importadora de energía desde otras áreas o subáreas del SIN.

2.2 Subárea Bogotá

La subárea Bogotá es importadora de recursos, sin embargo, la gran capacidad de generación permite atender la demanda interna, mantener los niveles de tensión y los límites de importación, así como exportar energía a otras regiones del país.

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Las plantas menores están ubicadas al sur de la ciudad en la denominada cadena del rio Bogotá, se conectan a la red de 115 kV y ayudan en el proceso de control de tensión, pero no alivian restricciones del sistema puesto que no son despachadas centralmente. De otra parte, hacia el norte de la ciudad, se cuenta con la central Termozipa también conectada a la red de 115 kV que beneficia el proceso de control de tensiones en esa parte del STR.

En la figura 1 se encuentra un esquema con la demanda y generación de la subárea Bogotá para el año 2015 tomado del agente operador del sistema (XM S.A. ESP).

Figura 1. Esquema demanda Generación subárea Bogotá 2015 (Fuente XM S.A. ESP).

La central de generación Chivor cuenta con ocho (8) unidades de 125 MW cada una y operativamente, el mínimo técnico es de 10 MW por unidad, la capacidad de generar reactivos es de 60 Mvar y la capacidad de absorción oscila entre 50 Mvar y 60 Mvar por unidad.

El Guavio tiene instaladas cinco (5) unidades de 240 MW cada una con un mínimo técnico de 60 MW por unidad y una capacidad de generar reactivos de 122 Mvar y absorción entre 78 Mvar y 87 Mvar por unidad.

La cadena Pagua está compuesta por tres unidades en la subestación Paraíso y tres unidades en la subestación Guaca. En

Paraíso cada unidad tiene una capacidad de 92 MW con un mínimo técnico de 34 MW y una capacidad de generar 34 Mvar cada una y en la Guaca cada unidad puede generar 108 MW con un mínimo técnico de 40 MW y una capacidad de generar 40 Mvar cada una. Por último, cada una de las seis (6) unidades puede absorber 100 Mvar.

En la Miel se tiene instaladas tres (3) unidades de 132 MW con un mínimo técnico de 20 MW, una capacidad de generar 54 Mvar y absorber 34 Mvar por unidad.

La central térmica Termozipa tiene instaladas cuatro unidades para una capacidad total de 225 MW con un mínimo técnico de 17 MW para la unidad 2 y de 31 MW para las demás unidades. Ninguna unidad es capaz de absorber reactivos y la unidad 2 puede generar 14 Mvar y el resto de unidades 30 Mvar cada una.

Adicional a las unidades de generación la subárea Bogotá cuenta con los siguientes recursos para control de tensión:

• Reactor de línea de 60 Mvar instalado en la subestación Bacatá hacia primavera 500 kV.

• Condensadores en la red de 115 kV con un total de 620 Mvar; de éstos se destacan los cuatro condensadores de barra instalados en la subestación Salitre de 45 Mvar cada uno y los dos condensadores instalados en la subestación Tunal de 75 Mvar cada uno.

• SVC Tunal 230 kV capaz de absorber 60 Mvar y de entregar 240 Mvar.

3. Características del SVC

instalados en la subestación tunal 230 kV

El SVC está conectado a la red en 230 kV por medio de tres transformadores monofásicos conectados en YN/d11, con capacidad trifásica de 240 MVA; además, está compuesto por un Reactor Controlado por Tiristores (TCR) con una capacidad de 140 Mvar, dos Capacitores Conmutados por Tiristores (TSC) con una capacidad de 80 Mvar cada uno, y dos bancos para filtro sintonizados cerca de la 5a y 7a armónicas,

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con una capacidad igual a 55 y 25 Mvar, respectivamente. En la figura 2 se muestra el diagrama unifilar simplificado del SVC Tunal 230 kV.

Figura 2. Diagrama Unifilar SVC Tunal 230 kV (Fuente EEB S.A. ESP).

Como se observa y de acuerdo a la información suministrada por el fabricante, los componentes del SVC están diseñados para una potencia capacitiva de 240 MVAr y una potencia reactiva inductiva de 60 MVAr a 1.0 p.u. en la barra de 230 kV; considerando que la potencia reactiva puede variar continuamente por medio del control simétrico de las tres fases para el control de tensión.

Para el proceso de operación el control del ángulo de fase del TCR y la conmutación de los TSCs dan como resultado una potencia reactiva continuamente variable en el rango completo de operación del SVC.

El sistema de control del equipo regulación de tensión presenta las siguientes especificaciones:

• Tensión nominal 230 kV (1.0 p.u.).

• Tensión de referencia, Vref 218.5 – 241.5 kV (0.95 - 1.05 p.u.).

• Ajuste de pendiente capacitiva 0 - 10% (sobre una base de 240 MVA).

• Ajuste de pendiente inductiva 0 - 10% (sobre una base de 60 MVA).

4. Aspectos básicos del proceso de

simulación

El proceso de simulación se realizó utilizando la herramienta informática DIGSILENT de PowerFactory empleando los siguientes recursos:

• Modelo ENCRIPTADO del SVC Tunal 230 kV suministrado por el fabricante.

• Base de datos del SIN suministrada por XM a los agentes del STN.

4.1 Herramienta de simulación

DIgSILENT es un simulador digital de redes eléctricas que se puede utilizar en las principales actividades del sector eléctrico (generación, transmisión, distribución) y sistemas industriales. Éste programa integra todas las herramientas requeridas para realizar análisis de flujos de carga, estabilidad, transitorios electromagnéticos, protecciones, confiabilidad, optimización y despacho económico, entre otros.

La programación orientada a objetos permite gran complejidad en los modelos de los elementos de los sistemas de potencia, particularmente en el caso desbalanceado y la conexión de cualquier número de elementos en una barra. Adicionalmente, cualquier modelo se puede agregar en la librería de modelos [2].

El operador del sistema eléctrico colombiano (XM S.A. ESP), modela toda la red del SIN de acuerdo a los parámetros y características reportadas por los agentes propietarios de los activos que conforman el sistema, luego distribuye la base de datos con los modelos a todos los agentes para que se utilizada en proceso operativos, estudios eléctricos y análisis particulares de acuerdo a sus necesidades. Ésta base de datos se trabaja en la plataforma del Software DIgSILENT cuya licencia posee EEB.

4.2 Consideraciones Generales

Con el objetivo de analizar el comportamiento eléctrico del área Oriental, se realizaron simulaciones con y sin contingencias en el STN, antes y después de instalar el SVC Tunal 230 kV en medio de dos escenarios de Operación: Demanda mínima estimada para 2015 (periodo 04 de un día laboral) y demanda máxima

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estimada para 2015 (periodo 20 de un día laboral). No obstante, cabe anotar que el SVC Tunal fue puesto en operación el 30 de noviembre de 2014, sin embargo, con el fin de comparar sobre un mismo escenario se emplearon las proyecciones de demanda para 2015, es decir, se visualizó el efecto sobre el área en el caso que no se contará con el SVC Tunal 230 kV antes del segundo semestre de 2015.

El proceso de simulación efectuado tuvo en cuenta las siguientes condiciones:

• Se realizaron flujos de carga para el SIN tomando las bases de datos que suministra el operador del sistema a los agentes del SIN.

• La base de datos que suministra el operador del sistema incluye las proyecciones de demanda para diferentes escenarios de operación.

• En las simulaciones realizadas considerando el SVC Tunal en servicio se tomó 1.03 p.u. como ajuste de tensión de referencia (valor base 220 kV) y pendiente capacitiva del 2%.

• El control de potencia activa para el flujo de carga se realiza de acuerdo al control secundario.

• El software de simulación ejecuta el proceso de cálculo empleando el método de Newton-Raphson clásico.

• En las simulaciones de flujo de carga en los generadores se tienen en cuenta los límites de potencia reactiva declarados ante el agente propietario ante el operador del SIN.

• Como caso de demanda mínima se tuvo en cuenta la demanda del periodo 04 y demanda máxima el periodo 20 ambos en un día laboral, es decir, de lunes a viernes, esto con el fin de visualizar las condiciones de demanda más frecuentes que se presentan en el área.

• En lo referente a generación se consideró el despacho programado de acuerdo a la demanda proyectada en cada periodo. En la tabla 1 se muestra el despacho programado por el operador del sistema para las plantas del área Oriental despachas centralmente.

Tabla 1. Despacho programado, plantas del área oriental, utilizado en las simulaciones.

Período Central

Unidades programas en el despacho

Unidad Capacidad

(MW) Capacidad

(Mvar)

P04

Guavio NA 0 0

Chivor G1, G2, G3 y G4

500 240

PAGUA G2 y G3

400 148

Miel G1, G2 y G3

396 162

Termozipa G2 y G3

97 44

Total 1393 594

P20

Guavio

G1, G2, G3, G4 y G5

1200 610

Chivor

G1, G2, G3, G4, G5 y G6

750 360

PAGUA G2 y G3

400 148

Miel G1, G2 y G3

396 162

Termozipa G2 y G3

97 44

Total 2843 1324

Se simularon flujos de carga en condiciones N-1 para cada una de las líneas del STN pertenecientes al área y sus fronteras.

Además, puesto que la subestación Reforma 230 kV representa la conexión al STN de la subárea Meta-Guaviare y conecta a su vez con las subestaciones Guavio 230 kV y Tunal 230 kV, el anillo Tunal-Reforma-Guavio reviste especial importancia para el área. Por la situación antes descrita y dado que el SVC instalado en Tunal tiene influencia directa sobre estas subestaciones, se incluyeron dos contingencias N-2 que involucran circuitos de ésta parte del área y con ello visualizar la acción del SVC Tunal 230 kV. En la tabla 2 se muestra el detalle de las contingencias que se tuvieron en cuenta en el proceso de simulación.

Tabla 2. Contingencias evaluadas en el proceso de simulación.

Id Contingencia Elemento Fuera de servicio

0 N.A. Ninguno

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Id Contingencia Elemento Fuera de servicio

1 N-1 Chivor Sochagota 230 kV

2 N-1 Chivor Torca 230 kV

3 N-1 Chivor Guavio 230 kV

4 N-1 Torca Guavio 230 kV

5 N-1 Torca Bacatá 230 kV

6 N-1 Bacatá Noroeste 230 kV

7 N-1 Noroeste Purnio 230 kV

8 N-1 Noroeste Balsillas 230 kV

9 N-1 Noroeste La Mesa

10 N-1 Balsillas La Mesa 230 kV

11 N-1 La Mesa Mirolindo 230 kV

12 N-1 La Mesa San Felipe

13 N-1 La Mesa La Guaca 230 kV

14 N-1 La Guaca El Paraíso 230 kV

15 N-1 El Paraíso San Mateo 230 kV

16 N-1 El Paraíso Circo 230 kV

17 N-1 San Mateo Tunal 230 kV

18 N-1 Tunal Circo 230 kV

19 N-1 Tunal Guavio 230 kV

20 N-1 Tunal Reforma 230 kV

21 N-1 Guavio Reforma 230 kV

22 N-1 Guavio Circo 230 kV

23 N-2 Tunal Guavio 230 kV

Guavio Reforma 230 kV

24 N-2 Tunal Guavio 230 kV

Tunal Reforma 230 kV

25 N-1 Bacatá Primavera 500 kV

5. Resultados Obtenidos

5.1 Flujos de Carga

En la tabla 3 se muestra un cuadro resumen con los aspectos más importantes obtenidos en los flujos de carga realizados para el área oriental sin el SVC en la Subestación Tunal 230 kV.

En la Tabla 4 se encuentra el valor de reactivos que aporta el SVC Tunal para las contingencias estudiadas.

En las tablas 5 y 6 se observan los detalles del comportamiento de la tensión en el anillo Tunal-Guavio-Reforma ante las contingencias que más afectan el área con el SVC en servicio para demanda mínima y máxima respectivamente.

Tabla 3. Aspectos Importantes Resultados Flujos de Carga Antes de Instalar el SVC.

Escenario Resultados obtenidos

Antes de la instalación del SVC Tunal 230 kV - Escenario de demanda mínima.

No se afectan los límites operativos de tensión (el menor valor fue 0.97). No presentan problemas de sobrecarga en líneas, aunque la contingencia de un de los dos circuitos Chivor Guavio 230 kV hace que el otro se cargue al 84.4%. No hay sobrecarga en los generadores del área, la mayor carga se da en las unidades 2 y 3 de Guaca (95%) ante la contingencia 25 (Enlace Bacatá Primavera 500 kV).

Antes de la instalación del SVC Tunal 230 kV Escenario de demanda máxima

La contingencia del Circuito Guavio Reforma y la contingencia N-2 de los circuitos Guavio-Tunal y Guavio-Reforma ocasionan tensiones por debajo del límite operático en la subestación Reforma 230 kV. La mayor carga en las líneas del área se presenta ante la contingencia N-2 de los circuitos Guavio-Tunal y Guavio-Reforma donde los circuitos Guavio - Circo 1 y 2 se cargan al 92% lo que corresponde a un incremento de 34% con respecto al flujo sin contingencias y simultáneamente. Ante la contingencia del enlace Bacatá Primavera 500 kV se presenta una carga del 101% en las unidades 1 y 2 de Paraíso.

Tabla 4. Aporte de Reactivos del SVC Tunal en las contingencias Analizadas.

Contingencia

Potencia Reactiva SVC Tunal [Mvar]

Escenario de demanda mínima

Escenario de demanda máxima

0 -6,30 -14,10

1 -8,40 -15,74

2 -12,00 -29,82

3 -14,10 -16,94

4 -9,70 -30,60

5 -7,90 -17,00

6 -6,40 -14,04

7 -10,60 -23,92

8 -8,20 -20,73

9 -7,60 -15,73

10 -8,50 -16,76

11 -8,80 -17,18

12 -9,53 -20,47

13 -6,76 -14,88

14 7,04 -15,76

15 -23,90 -46,68

16 -14,02 -25,11

17 -14,20 -28,82

18 -12,00 -22,48

19 -27,00 -50,00

20 -9,86 -13,56

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Contingencia

Potencia Reactiva SVC Tunal [Mvar]

Escenario de demanda mínima

Escenario de demanda máxima

21 -34,64 -97,63

22 -17,20 -42,51

23 -59,35 -155,4

24 -30,14 -49,31

25 -56,50 -100,00

Tabla 5. Tensiones Anillo Tunal (TU) – Reforma (REF) – Guavio (GV) 230 kV ante contingencias escenario de mínima demanda.

Contingencia

Reactivos SVC

Tunal [Mvar]

Tensiones sin SVC Tunal

Tensiones con SVC Tunal

TU REF GV TU REF GV

19 -27,00 1,02 1,01 1,05 1,02 1,02 1,05

20 -9,86 1,03 0,98 1,05 1,03 1,01 1,05

21 -34,64 1,01 0,98 1,05 1,02 0,99 1,05

23 -59,35 1,00 0,97 1,05 1,02 0,98 1,05

24 -30,14 1,02 1,00 1,04 1,02 1,01 1,05

Tabla 6. Tensiones Anillo Tunal (TU) – Reforma (REF) – Guavio (GV) 230 kV ante contingencias escenario de máxima demanda.

Contingencia

Reactivos SVC

Tunal [Mvar]

Tensiones sin SVC Tunal

Tensiones con SVC Tunal

TU REF GV TU REF GV

19 -50,00 0,99 0,98 1,05 1,00 0,99 1,06

20 -13,56 1,00 0,98 1,06 1,01 0,98 1,06

21 -97,63 0,96 0,89 1,05 0,99 0,93 1,06

23 -155,40 0,90 0,81 1,06 0,98 0,91 1,06

24 -49,31 0,99 0,82 1,04 1,00 0,97 1,06

25 -100,00 0,95 0,95 1,04 0,99 0,98 1,05

5.2 Estabilidad de Tensión

Dentro del proceso de simulación se elaboraron las curvas PV y QV en algunas de las barras de interés para el área. En este proceso se utilizaron los script “PV-CURVE” y “QV-CURVE” incluidos en el

software DIgSILENT de Power Factory. Se elaboraron curvas PV de las barras: Tunal 230 kV, Reforma 230 kV, Bacatá 230 kV, Circo 230 kV y Torca 230 kV y las curvas QV de las barras Bacatá 230 kV, Reforma 230 kV y Tunal 230 kV. En la figura 3 se muestran las curvas PV obtenidas para los diferentes escenarios analizados (valor base 220 kV).

Figura 3-(a). Curvas PV área oriental sin contingencias y sin SVC demanda mínima.

Figura 3-(b). Curvas PV área oriental sin contingencias con SVC demanda mínima.

Figura 3-(c). Curvas PV área oriental sin contingencias y sin SVC demanda máxima.

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Figura 3-(d). Curvas PV área oriental sin contingencias con SVC demanda máxima.

Así mismo, partiendo de los resultados obtenidos en las curvas PV y con el fin de sumar elementos de juicio para él análisis de estabilidad de tensión, se obtuvieron las curvas QV en las barras Bacatá 230 kV, Reforma 230 kV y Tunal 230 kV.

Figura 4-(a). Curvas QV (MVAr Vs p.u.) Barra Tunal 230 kV antes y después de instalar SVC (escenario de demanda mínima).

Figura 4-(b). Curva QV (MVAr Vs p.u.) Barra Tunal 230 kV antes y después de instalar SVC (escenario de demanda máxima).

En la figura 4 se observan las curvas QV de la barra Tunal 230 kV resaltando la mejora en la reserva de reactivos luego de la instalación del SVC. En la sección de anexos se muestran las curvas obtenidas para el escenario de demanda máxima.

En la tabla 7 se observa un resumen con los aspectos más importes encontrados durante el proceso de cálculo de todas las curvas PV y QV.

Tabla 7. Aspectos importantes resultados curvas PV Y QV.

Escenario Resultados obtenidos

Antes de la instalación del SVC Tunal 230 kV - demanda mínima.

Según las curvas PV sin contingencias, para una tensión de 0.9 (limite operativo) la transferencia de potencia activa antes de la zona de inestabilidad puede estar entre 750 MW y 800 MW. Según las curvas QV para una tensión de 0.9 la subestación Reforma no tiene margen de Reactivos antes del punto de inestabilidad. Las barras de Tunal y Bacatá sí tienen reserva reactiva en este valor de tensión.

SVC Tunal 230 kV en servicio- demanda mínima

Se incrementa el máximo de transferencia de potencia activa antes de la zona de inestabilidad (pasa a 1100 MW para 0.9 p.u.). La subestación Reforma pasa a tener un margen de Reactivos antes del punto de inestabilidad (300 Mvar para 0.9 p.u.). Las barras de Tunal y Bacatá continúan con reserva reactiva en este valor de tensión.

Antes de la instalación del SVC Tunal 230 kV Escenario de demanda máxima

La transferencia de potencia activa antes de la zona de inestabilidad es mayor a 1200 MW. No hay capacidad de transferencia de potencia activa para 0.9 p.u. ante contingencia del enlace de 500 kV y contingencia N-2 en el anillo Guavio-Tunal-Reforma. Margen de reactivos estable en Bacatá y Tunal. En reforma se cuenta con un margen de 200 Mvar para 0.9 p.u.

SVC Tunal 230 kV en servicio -demanda máxima

La transferencia de potencia activa antes de la zona de inestabilidad continua mayor a 1200 MW. Margen de reactivos estable en Bacatá, Tunal y Reforma sin contingencias. Ante contingencia del enlace de 500 kV y contingencia N-2 en el anillo Guavio-Tunal-Reforma mejora la capacidad de transferencia de potencia activa antes de la zona de inestabilidad.

5.3 Factor de Amortiguamiento

Con el fin de observar el amortiguamiento de las oscilaciones de potencia en el sistema antes y después de conectar el SVC Tunal se simularon los siguientes casos en el escenario de demanda máxima: Caso 1: Cortocircuito Trifásico al 50% de longitud del Circuito

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Tunal Circo 1 230 kV, es decir, la falla se representa eléctricamente a 15 km de Tunal y a 125 km de Guavio en un circuito del área oriental. Caso 2: Cortocircuito Trifásico al 50% de longitud del Circuito Noroeste - Purnio 1 230 kV, es decir, la falla se representa eléctricamente a 151 km de Tunal y 154 km de Guavio sobre un circuito de interconexión con otra área del SIN. En ambos casos se monitoreó la potencia eléctrica en la unidad de Generación 5 de la central Guavio, la figura 5 muestra los resultados obtenidos para el caso 1.

Figura 5-(a). Potencia eléctrica G5 de Guavio con demanda máxima sin SVC en Tunal caso1.

Figura 5-(b). Potencia eléctrica G5 de Guavio con demanda máxima con SVC en Tunal caso1.

Por las restricciones que en su momento tenía la licencia de software utilizada para este trabajo, no se contaba con acceso al módulo de estabilidad; por ello se realizó el cálculo del factor de amortiguamiento ξ (Damping) de las señales obtenidas por medio de la expresión [6]:

𝜉 =1

𝑇∗ 𝑙𝑛 (

𝐴0

𝐴1)

Los resultados obtenidos para el factor de Amortiguamiento se muestran en la tabla 8. Los valores calculados muestran que el amortiguamiento es mayor para la falla del Circuito Tunal Ciro 230 kV y que, en ambos casos la conexión del SVC reduce en un 10% el factor de amortiguamiento.

6. Conclusiones

De acuerdo a las simulaciones realizadas y al análisis de estabilidad de tensión se concluye que la conexión del SVC en la subestación Tunal 230 kV cumple con la tarea primordial de los dispositivos tipo FACTS que es el control de tensión y, adicionalmente incrementa la cargabilidad del sistema en la subárea Bogotá.

Al realizar los flujos de carga y los análisis de estabilidad considerando contingencias N-1 en todas las líneas del área se observó que tanto para el escenario de demanda mínima como el de demanda máxima, el caso más desfavorable para las tensiones del área es la salida del circuito Guavio Reforma 230 kV. Luego, con la conexión del SVC en Tunal 230 kV, los reactivos que éste inyecta al sistema hacen que las tensiones en Reforma ante esta y otras contingencias del anillo Guavio-Tunal-Reforma superen el mínimo operativo, en otras palabras: la conexión del compensador dinámico en la subestación Tunal mejora la estabilidad de tensión tanto en Tunal como en la Reforma.

En condiciones de demanda mínima para el área Oriental las contingencias N-1 en líneas de transmisión no afectan los mínimos operativos y la estabilidad de tensión en el sistema. En este escenario, la conexión del SVC en la subestación Tunal 230 kV favorece las actividades de despacho y operación puesto que contribuye en la reducción del número mínimo de unidades requeridas para soporte de tensión en escenarios de mínima y máxima demanda del área.

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Con las simulaciones realizadas se concluye que con la puesta en servicio del SVC en Tunal se mitiga la contingencia del único enlace a 500 kV que poseía el área Oriental en 2015, puesto que mejora las tensiones en las barrajes aledaños a la subestación Tunal 230 Kv que hacen parte del anillo de Bogotá.

Para las contingencias estudiadas se observa una respuesta del SVC Tunal 230 kV hasta entregar al sistema 155 Mvar, caso en el cual la subestación Reforma 230 kV queda conectada al STN radialmente por el circuito Tunal Reforma 230 kV, visto desde otro ángulo, el SVC tiene la capacidad de llevar la tensión desde 0.90 p.u. hasta 0.98 p.u en la barra Tunal 220 kV y, entregando esta cantidad de reactivos eleva la tensión por encima del límite operativo en la Reforma.

El trabajo realizado validó el hecho que la conexión del SVC mejora la estabilidad de tensión ante contingencias en la subárea Bogotá, aumenta las reservas de potencia reactiva y la capacidad de transmitir potencia activa en las barras a de la zona de Tunal 230 kV. También se observó que la variación del factor de amortiguamiento del sistema es del 10% con la conexión del SVC en Tunal.

Con el proyecto para puesta en servicio del SVC de Tunal 230 kV se buscó brindar un soporte de tensión en el área Oriental ante contingencias y condición de máxima demanda. Por ello, se recomienda que el punto de operación del SVC en estado estacionario sin contingencias sea lo más cercano posible a 0.0 Mvar y con ello tener un amplio margen de respuesta ante las contingencias que se puedan presentar.

7. Anexos

7.1 Diagramas Unifilares

Figura 6. Diagrama unifilar Subárea Bogotá -STN.

Figura 7. Unifilar Subárea Bogotá Base del SIN en DIGSILENT.

Figura 8. Áreas operativas del Sistema Interconectado Nacional SIN.

Cargas

RUBIALES

Tunal 220

Torca 220

Reforma 220

Purnio 220

Paraiso 220

Noroeste 220

Mesa 220

Guavio 220

Guaca 220

Circo 220

Chivor 220

Bacata 500

Bacata 220

Suria 115

Guav io (Subterranea) 220

Mirolindo 220

Balsillas 220

San Mateo EEB 220

Vllav icencio 115

Tolima 115

Bogota 220-115

Termozipa

Chivor-G. .

Chivor

PAGUA

Menores . .

Guavio

Cap Ubate 50 MVAR

1

Cap T ibabuyes 30 MVAR

1

Cap Usme 30 MVAR

1

Cap Bacata 30 MVAR

1

SVS

SVC - T unal 230

G ~

Guavio 5

G ~

Guavio 4

G ~

Guavio 3

G ~

Guavio 2

G ~

Guavio 1

18

0

0

G~

Ch

ivo

r U

G8

G~

Ch

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G7

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Ch

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G6

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G5

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G4

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G3

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G2

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G1

0

Cp

Tu

na

l 1

-2 7

5 M

VA

R

2

Cp

El

So

l 7

5 M

VA

R

1

G~

Paraiso 1

G~

Guaca 1

11

0

0

0

4

0

4

Cp

No

roe

ste

75

MV

AR

1

18

0

0

18

0

0

G~

Paraiso 3

G~

Paraiso 2

G~

Guaca 3

G~

Guaca 2

DIg

SIL

EN

T

11

7.2 Curvas QV

Figura 8-(a). Curva QV Bacatá 230 kV sin SVC en la subestación Tunal 230 kV con demanda máxima

Figura 8-(b). Curva QV Reforma 230 kV sin SVC en la subestación Tunal 230 kV con demanda máxima.

Figura 8-(c). Curva QV Tunal 230 kV sin SVC con demanda máxima.

Figura 8-(d). Curva QV Bacatá 230 kV con SVC en la subestación Tunal 230 kV con demanda máxima

Figura 8-(e). Curva QV Reforma 230 kV con SVC en la subestación Tunal 230 kV con demanda máxima

Figura 8-(f). Curva QV Tunal 230 kV con SVC en la subestación Tunal 230 kV con demanda máxima.

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8. Bibliografía

Plan de Expansión de Referencia

Generación – Transmisión 2013-2027. Unidad de Planeación Minero Energética (UPME). 2013, pp 285-314.

Curso Básico de PowerFactory. Ingeniería Especializada IEB S.A. 2014, pp 11-139.

Escobar ALvarez, Hernan Dario. Efectos de Algunos Compensadores de voltaje en un sistema de Potencia. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, Trabajo de Tesis para optar el título de Magister en Ingeniería. 2009, pp 16-85.

IZZEDDINE IZZEDDINE, MOHAMED. MODELADO Y REGULACIÓN DE LOS COMPENSADORES ESTÁTICOS DE POTENCIA REACTIVA EN LOS FLUJOS DE CARGAS CON ARMÓNICOS. Universidad Politécnica de Madrid, Tesis Doctoral. 2001, pp 3-79.

Gallardo Quingatuña, Carlos.

ESTABILIDAD Y AMORTIGUAMIENTO DE OSCILACIONES EN SISTEMAS ELÉCTRICOS CON ALTA PENETRACIÓN EÓLICA. UNIVERSIDAD CARLOS III DE MADRID, Tesis Doctoral. 2009, pp 7-44.