62
IEL1-I-06-03 1 MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE CONTROLADA CON TCSC MARGARITA MARÍA CALDERÓN CELY UNIVERSIDAD DE LOS ANDES FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C. 2006

MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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IEL1-I-06-03

1

MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE CONTROLADA

CON TCSC

MARGARITA MARÍA CALDERÓN CELY

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

BOGOTÁ D.C.

2006

Page 2: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

2

MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE CONTROLADA

CON TCSC

MARGARITA MARÍA CALDERÓN CELY

Trabajo de Grado presentado como requisito

para optar por el título de Ingeniero Eléctrico

Asesor: Victor Manuel Diez

Coasesor: Alvaro Torres

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

BOGOTÁ D.C.

2006

Page 3: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

3

PAGINA DE ACEPTACION

Nota de Aceptación

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Presidente del Jurado

________________________________

Jurado

________________________________

Jurado

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IEL1-I-06-03

4

A mi familia, Gracias por todo el apoyo que me brindaron durante esta etapa

de logros personales y profesionales.

Page 5: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

5

AGRADECIMIENTOS

A VICTOR MANUEL DIEZ. Ing. Electricista, quien colaboro con la

realización de este proyecto.

A Todos quienes directa o indirectamente colaboraron con la realización

de este proyecto.

Page 6: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

6

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN………………………………………………………………………………..10

1. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………...11

1.1 Justificación…………………………………………………………………..11

1.2 Objetivos………………………………………………………………………11

2. Sistemas FACTS…………………………………………………………………12

2.1 Generalidades………………………………………………………………..12

2.2 Aplicaciones Típicas…………………………………………………………13

3. Compensación Serie Capacitiva……………………………………………….16

3.1 Características………………………………………………………………..16

3.2 Línea de Transmisión con Compensación Serie Capacitiva……………17

3.2.1 Capacidad de Flujo de Potencia……………………………………18

3.2.2 Balance de Potencia Reactiva……………………………………...19

3.2.3 Control de Voltaje sin Carga………………………………………..21

4. Compensación Serie controlada por Tiristores “TCSC”……………………..22

4.1 Características………………………………………………………………..22

4.2 Reactor Controlado por Tiristores “TCR”………………………………….23

4.2.1 Control del TCR……………………………………………………...28

4.2.2 TCR en PSCAD………………………………………………………32

4.3 Capacitor Serie Fijo “FSC”………………………………………………….35

4.3.1 Banco de Condensadores………………………………………….37

Page 7: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

7

4.3.2 Varistor de Óxido Metálico………………………………………….38

4.3.3 Descargador…………………………………………………………..38

4.3.4 Interruptor de Bypass………………………………………………..38

4.4 Operación del TCSC………………………………………………………..39

4.4.1 Modos de Operación…………………………………………………41

5. Interconexión Colombia – Ecuador…………………………………………….44

5.1 Características…..…………………………………………………………...44

5.2 Implementación en PSCAD………………………………………………...46

6. Diseño de TCSC para la Interconexión……………………………………….51

7. Interconexión compensada con TCSC……………………………………….54

CONCLUSIONES……………………………………………………………………….60

BIBLIOGRAFIA………………………………………………………………………62

Page 8: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

8

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Parámetros del sistema de potencia que pueden ser controlados por los

diferentes dispositivos FACTS…………………………………………………………13

Figura 2. Línea de transmisión con compensación serie capacitiva …………….17

Figura 3. Balance de Potencia Reactiva……………………………………………. 20

Figura 4. Control de Voltaje sin Carga………………………………………………. 21

Figura 5. Circuito equivalente de un TCSC………………………………………….23

Figura 6. Esquema básico de un TCR……………………………………………….23

Figura 7. Curvas características de corriente del TCR……………………………..24

Figura 8. Total de Armónicos…………………………………………………………. 28

Figura 9. Módulo VCO en PSCAD……………………………………………………. 29

Figura 10. Señal de salida del VCO………………………………………………….30

Figura 11. Generador de pulsos de disparo T1 y T2……………………………….30

Figura 12. Señales de control del TCR……………………………………………….32

Figura 13. TCS en PSCAD……………………………………………………………. 32

Figura 14. Curvas TCR con α = 90°………………………………………………….. 33

Figura 15. Curvas TCR con α = 100°…………………………………………………34

Figura 16. Curvas TCR con α = 130°………………………………………………....34

Figura 17. Curvas TCR con α = 150°…………………………………………………35

Figura 18. Diagrama unifilar de un FCS………………………………………………36

Figura 19. Banco de Condensadores…………………………………………………37

Page 9: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

9

Figura 20. Unidad de Banco de condensadores con MOV…………………………38

Figura 21. Operación del TCSC con angulo de disparo de 130°…………………40

Figura 22. Modo de Tiristor Bloqueado α = 180°……………………………………42

Figura 23. Modo de Bypass α = 90°…………………………………………………. 43

Figura 24. Unifilar área suroccidental 230 kV………………………………………..46

Figura 25. Interconexión Colombia – Ecuador en PSCAD…………………………47

Figura 26. Curvas de Tensión S/E Jamondino………………………………………47

Figura 27. Curvas de Corriente S/E Jamondino…………………………………….48

Figura 28. Curvas de Tensión S/E Pomasqui……………………………………….48

Figura 29. Curvas de Corriente S/E Pomasqui……………………………………. 49

Figura 30. Potencia Activa Interconexión Colombia – Ecuador…………………...49

Figura 31. Potencia Reactiva Interconexión Colombia – Ecuador………………...50

Figura 32. Modelo de TCSC diseñado para interconexión…………………………53

Figura 33. Interconexión compensada con TCSC…………………………………..54

Figura 34. Transferencia de Potencia sin TCSC……………………………………55

Figura 35. Señales del TCSC en servicio con ángulo de disparo de 130°……….56

Figura 36. Señales del TCSC en servicio con ángulo de disparo de 170°………57

Figura 37. Potencia Transferida Con TCSC con ángulo de disparo de 170°…….58

Page 10: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

10

RESUMEN

El objetivo de este trabajo es mostrar el modelo de un TCSC (Tryristor Controlled

Series Compesator) desarrollado para la línea de transmisión de la interconexión

Colombia – Ecuador y validar su comportamiento eléctrico dentro del sistema de

potencia.

Este trabajo analiza en forma general los dispositivos FACTS y sus habilidades

para controlar los parámetros del sistema de potencia. Se entra en detalle a definir

el funcionamiento de la compensación serie fija para líneas de transmisión, sus

efectos, beneficios y limitaciones. En el trabajo se analiza con profundidad el

dispositivo FACT tipo TCSC, del cual se muestran sus características,

componentes, ecuaciones de estado estable y operación como parte integral de

un sistema.

Lo anterior con la finalidad de realizar el diseño de un dispositivo de este tipo, para

la interconexión Colombia – Ecuador, el cual se implementa en su totalidad en

PSCAD para validar su correcto comportamiento en el sistema.

Para el desarrollo de los modelos se utiliza el software PSCAD, que es la interfaz

gráfica del EMTDC. Es una herramienta que permite analizar sistemas cuando

involucran elementos de electrónica de potencia como los sistemas FACTS.

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IEL1-I-06-03

11

1. INTRODUCCIÓN

1.1 JUSTIFICACIÓN

En la actualidad se evidencia un crecimiento constante de la demanda de energía

en el país así como un incremento en las interconexiones con sistemas de

potencia de otros países, por esto se hace necesario un aumento en la capacidad

de transmisión. Esto se hace siempre buscando un incremento en la calidad de la

energía suministrada y al mismo tiempo beneficios económicos para las partes

involucradas.

Para afrontar este reto existen dos alternativas, la primera es la expansión, que se

encuentra limitada por factores económicos y medioambientales que dificultan la

construcción de nuevas redes de transmisión; la segunda alternativa son los

sistemas FACTS (Flexib le AC Transmission Systems) aplicables en las redes

actuales donde se presentan problemas de sobrecarga en algunas líneas y

subutilización en otras. Cabe anotar, que la implementación de sistemas FACTS

no llega a ser un reemplazo de la expansión.

1.2 OBJETIVO

Este trabajo tiene como objetivo realizar el modelo de un TCSC (Tryristor

Controlled Series Compesator), para implementar en una línea de transmisión y

validar su comportamiento eléctrico dentro del sistema de potencia.

Page 12: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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12

2. SISTEMAS FLEXIBLES DE TRANSMISIÓN AC “FACTS”

2.1 GENERALIDADES

Los Sistemas Flexibles de Transmisión AC (FACTS) utilizan las herramientas de

electrónica de potencia, destinados a obtener transmisión de potencia en óptimas

condiciones, ya que ofrecen un control técnico y económico del flujo de potencia

dentro de un sistema.

Mediante la implementación de estos sistemas en la infraestructura actual se

puede afrontar el reto de incrementar la capacidad de transmisión sin incrementar

los riesgos de estabilidad del sistema, mediante el control electrónico del flujo de

potencia tanto como para estado estable como para condiciones de estado

transitorio, donde se obtienen como beneficio el aumento en la capacidad de

transmisión en redes existentes, aumentando la confiabilidad y disponibilidad de la

misma.

La familia de dispositivos FACTS esta compuesta por: SVC Compensadores

Estáticos (SVCs), Compensadores Serie Controlados por Triristores (TCSCs),

Transformadores de Desplazamiento de Fase (PSTs), Compensadores Estáticos

Síncronos (STAT-COM), Compensadores en Serie Estáticos Síncronos (SSSC) y

Controlador Unificado de Flujo de Potencia (UPFC); cada uno de estos

Page 13: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

13

dispositivos tiene la capacidad de realizar control sobre diferentes parametros del

sistema de potencia, como se puede ver en la figura 1.

Figura 1. Parámetros del sistema de potencia que pueden ser controlados por los diferentes

dispositiv os FACTS.

2.2 APLICACIONES TÍPICAS

Como ya se dijo anteriormente los sistemas FACTS tienen la capacidad de ejercer

control sobre diferentes parámetros del sistema de potencia, lo que hace que cada

uno de ellos pueda ser aplicado para afrontar diferentes condiciones del sistema.

Las aplicaciones típicas de estos sistemas son: en conexión de generación,

interconexión de sistemas, conexión de cargas y aumento en utilización de redes

existentes.

Page 14: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

14

Conexión de Generación: La misión fundamental en esta aplicación, se presenta

cuando los centros de generación se encuentran muy alejados de la carga. Donde

se generan problemas de caída de tensión en el extremo receptor, ocasionadas

por las largas distancias que deben ser recorridas.

El SVC y el SC son los sistemas FACTS de utilidad para este tipo de problema,

dado que como se puede ver en la figura 1, el SVC ejerce influencia directa sobre

la tensión de los dos extremos de la línea, lo que permite mantener los niveles de

tensión en rangos adecuados y la compensación serie actúa sobre la reactancia

de la línea reduciendo la distancia eléctrica de la línea.

Interconexión: Se pueden utilizar para interconexión dentro de una misma red

cuando hay largas distancias y entre sistemas separados; en la primera la

finalidad es reforzar los circuitos mediante el uso de compensación estática SVC y

en la segunda se tiene por objetivo buscar una transmisión confiable y estable

para los dos sistemas involucrados utilizando la compensación serie tipo TCSC.

Conexión de Cargas: Hay tres escenarios en los que se pueden utilizar cuando

hay cargas aisladas dependientes de generación local, con cargas industriales en

donde se presentan problemas de calidad de la energía relacionadas a flickers y

armónicos y en cargas de tracción donde hay problemas también de calidad pero

relacionadas con desequilibrio.

Page 15: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

15

Aumento de Utilización en Redes Existentes: La finalidad es utilizar la

infraestructura ya instalada más efectivamente, aumentando la capacidad y la

disponibilidad mediante una rapidez en la respuesta de estado estable y transitorio

y una disminución en perdidas.

Page 16: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

16

3. COMPENSACIÓN SERIE CAPACITIVA

3.1 CARACTERÍSTICAS

Los objetivos que se buscan al realizar la compensación serie es realizar un

control del flujo de potencia en la línea de transmisión y mejorar la estabilidad del

sistema. Mediante una disminución en la reactancia efectiva de la línea,

generando un aumento en la potencia activa que puede ser transmitida, mediante

una reducción en el ángulo de transmisión.

El uso mas frecuente de los condensadores en compensación serie es en líneas

de transmisión de grandes longitudes, pero también pueden ser implementados en

líneas doble circuito (líneas paralelas) para ajustar el flujo de potencia a través de

cada una de ellas. La instalación de la compensación serie se realiza concentrada

en un sitio específico de la línea según las necesidades de compensación, es

importante resaltar que no se realiza una compensación distribuida a lo largo de la

línea sino que se realiza una compensación concentrada.

Cuando se determina la compensación que va a tener para una línea de

transmisión es importante tener en cuenta que el grado de compensación que se

este utilizando no genere una frecuencia de resonancia que sea igual a la

frecuencia del sistema, ya que esto generaría que el sistema sea poco

Page 17: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

17

amortiguado y por lo tanto se puede volver muy sensible a pequeñas variaciones,

llevándolo fácilmente a la inestabilidad.

Al implementar compensación serie se observan efectos de incremento en

márgenes de estabilidad de voltaje, estabilidad transitoria, amortiguamiento de

oscilaciones de potencia y amortiguamiento de oscilaciones subsincrónas.

3.2 LÍNEA DE TRANSMISIÓN CON COMPENSACIÓN SERIE CAPACITIVA

La compensación serie capacitiva tiene una reactancia negativa

CX C ω

1−= Ec. 1

Que compensa la reactancia de la línea de transmisión, que es:

LX L ω= Ec. 2

La potencia reactiva consumida en la línea y la generada por el condensador son

las mostradas en las ecuaciones 3 y 4 correspondientemente.

2* IXQ LL = Ec. 3

2* IXQ CC = Ec. 4

Figura 21. Línea de transmisión con compensación serie capacitiv a

1ABB Power Techologies, Suecia. Semirario acerca de FACTS. Pág 8.

Page 18: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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18

La compensación serie capacitiva tiene el efecto de reducir la reactancia efectiva

de la línea de transmisión, como se muestra a continuación:

)1(' kXXXX LcLL −=−= Ec. 5

L

c

XX

k = Ec. 6

Donde: XL’ es la reactancia efectiva de la línea con compensación serie capacitiva

y k se denomina el factor del grado de compensación. Utilizando la ecuación 5 se

encuentra que la impedancia de línea va a ser:

)1()1('

' 00 kZX

kXXX

Zcp

L

cp

L −=−

== Ec. 7

3.2.1 Capacidad de Flujo de Potencia

Para poder analizar el efecto de la compensación en la capacidad de flujo de

potencia de la línea, se muestra que sin compensación la potencia activa

transportada sería:

)(*

0

21 δsenZ

UUP = Ec. 8

Ahora teniendo en cuenta la compensación serie y suponiendo un grado de

compensación del 50%, entonces se obtiene:

000 707.0)5.01(' ZZZ =−= Ec. 9

Page 19: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

19

PsenZ

UUsen

ZUU

P 41.1)(707.0

*)(

'*

'0

21

0

21 === δδ Ec. 10

De lo anterior se puede observar como con una compensación serie capacitiva se

puede incrementar la potencia máxima transmitida por un sistema, y esta va a

estar dada por:

)1(' max

max kP

P−

= Ec. 11

Adicionalmente el aumento en la capacidad de transmisión de potencia, se realiza

sin una modificación en el ángulo del sistema, luego no se está afectando los

niveles de estabilidad.

3.2.2 Balance de Potencia Reactiva

En una línea de transmisión es importante tener un balance entre la potencia

reactiva capacitiva e inductiva, la primera es generada por la capacitancias

parásitas a lo largo de la línea y la segunda es consumida por la impedancia de la

línea, el balance entre estas dos determina la cargabilidad de la línea.

Cuando la línea de transmisión tiene compensación serie capacitiva el balance de

potencia reactiva (como se muestra en la figura 3) permite una mayor cargabilidad

de la línea de transmisión, dado que la compensación serie genera potencia

reactiva capacitiva proporcional a la corriente de línea.

Page 20: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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20

Figura 32. Balance de Potencia Reactiv a

En la figura 3 se puede observar el efecto de la compensación serie capacitiva en

el balance de potencia reactiva en una línea de transmisión con un nivel de

tensión de 500kV y longitud de 500 km.

Primero se tiene la línea sin compensación serie donde se ve que el balance de

potencia reactiva, solo permite un flujo de potencia activa de aproximadamente

900MW. Luego la línea tiene una compensación serie de 50%, los reactivos

generados por la compensación permiten que el balance de potencia reactiva se

presente a un nivel de flujo de potencia mayor.

2 ABB Power Techologies, Suecia. Semirario acerca de FACTS. Pág 12.

Page 21: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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21

3.2.3 Control de Voltaje sin Carga

Un beneficio que tiene la compensación serie, es que permite un mayor control del

voltaje de línea cuando el circuito se encuentra energizado en vacío, es decir no

se tiene conectada carga al sistema. Ya que el aumento de voltaje en el extremo

de recibo de la línea de transmisión en estas condiciones es menor que el que se

presenta cuando no existe compensación como se puede ver en la figura 4.

Figura 4. Control de Voltaje sin Carga

Page 22: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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22

4. COMPENSACIÓN SERIE CONTROLADA POR TIRISTORES

“TCSC”

4.1 CARACTERÍSTICAS

Un TCSC es capaz de controlar rápidamente la potencia activa a través de una

línea de transmisión, esto lo realiza mediante un rápido ajuste de la reactancia

aparente de la línea. Pertenece a la familia de controladores FACTS que utilizan la

electrónica de potencia para controlar parámetros de un sistema de potencia en el

lado de alta tensión.

La habilidad que tiene el TCSC para variar rápidamente la reactancia de la línea,

que es un parámetro que afecta el flujo de potencia por la línea de transmisión,

permite que se mitigue el enorme desbalance de potencia entre la potencia

mecánica del generador y la carga eléctrica durante una perturbación del sistema,

por esta razón son utilizados para incrementar el margen de estabilidad.

El esquema básico de la compensación serie tipo TCSC consiste en un capacitor

serie fijo (FSC) en paralelo con una reactancia variable controlada con tiristores en

antiparalelo (TCR), como se muestra en la figura 5.

Page 23: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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23

Figura 5. Circuito equiv alente de un TCSC

4.2 REACTOR CONTROLADO POR TIRISTORES “TCR”

El TCR esta compuesto por dos tiristores en sentidos opuestos y una bobina de

reactancia fija en serie, como se muestra en la figura 6. La corriente es controlada

mediante el control de fase de los tiristores.

Figura 63. Esquema básico de un TCR

3 Power Electronic Control in Electrical Systems. T.J.E Miller. Capítulo 6. 2002.

Page 24: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

24

El control es ejercido por los tiristores los cuales al encontrarse en antiparalelo

conducen en alternancia de medio ciclo. Si los tiristores se encuentran en

conducción en los picos de voltaje, entonces los tiristores se comportan como si

fueran corto circuitos y la conducción en el reactor es máxima.

El controlador de los tiristores, lo que busca es el reactor se comporte como una

suceptancia controlable, en función del ángulo de disparo de los tiristores. Sin

embargo esto lo logra mediante la generación de armónicos que permite que el

TCR mantenga su frecuencia fundamental. Estos armónicos no escapan hacia la

red en aplicaciones con el TCSC debido a que la impedancia de los

condensadores es muy baja comparada con la impedancia equivalente de la red.

En la figura 7 se muestran las curvas características de corriente del TCR con

respecto al ángulo de disparo de los tiristores (α) y el ángulo de conducción (σ). El

ángulo α es medido desde el cruce por cero del voltaje, el efecto que tiene el

aumento de este ángulo desde los 90° hasta los 180° es que se reduce la

componente armónica de la corriente por medio de una conducción parcial, lo que

se refleja como una aumento en la inductancia del reactor reduciendo la inyección

potencia reactiva a la red.

Page 25: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

25

De la figura 7(a), se puede ver que no hay retraso en el disparo de los tiristores,

luego el comportamiento de estos es como si estuvieran en corto circuito y es

cuando el TCR se encuentra en máxima conducción.

La relación entre el ángulo de conducción y el de disparo esta dado por:

( )απσ −= 2 Ec. 12

Figura 74. Curv as características de corriente del TCR a) α=90°, b) α=100°, c) α=130°, d)

α=150°

4 Power Electronic Control in Electrical Systems. T.J.E Miller. Capítulo 6. 2002

Page 26: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

26

Al tener el voltaje )sin(2)( ttv ω= , se encuentra que la corriente instantánea a

través del TCR va a estar dada por:

∫=t

dttL

tiω

α

ω )sin(21

)( Ec. 13

( )

⎪⎪⎪

⎪⎪⎪

+<<+

+≤≤−

=παωσα

σαωαωα

t

ttX

V

tiL

0

)cos()cos(2

)( Ec. 14

Donde: V es el valor RMS de la tensión, LX L ω= [Ω] es la reactancia del reactor y

fπω 2= con f la frecuencia fundamental del sistema.

Realizando un análisis de Fourier se encuentra la componente fundamental de la

corriente

( ) ( )( )ααππ

2sin21 +−=L

f jXV

I Ec. 15

La componente fundamental de la corriente en función del ángulo de conducción

(Ec. 12), esta dada por:

VX

IL

f πσσ

σ)sin(

)(1−

= Ec. 16

La suceptancia a la frecuencia fundamental controlada por el ángulo de

conducción es:

LL X

σσσ

)sin()(

−= Ec. 17

Page 27: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

27

La suceptancia va a tener su valor máximo cuando es el inverso de la reactancia

(1/XL), esto corresponde a un ángulo de conducción de 180° (α = 0°), la curva de

corriente esta dada por la figura 7(a). Por otro lado, el valor mínimo de la

suceptancia se presenta cuando el ángulo de conducción es 0° (α = 180°).

Utilizando la Ec. 17 la Ec. 16 puede ser escrita como:

VBI Lf )(1 σ= Ec. 18

Otros efectos que tiene al reducir el ángulo de disparo es que se reducen las

pérdidas de potencia en el TCR, pero también se generan unas pequeñas

pérdidas como consecuencia de corrientes armónicas que el TCR. Como se dijo

anteriormente el TCR logra mantener su frecuencia fundamental, por medio de la

generación de armónicos. Si el ángulo de disparo se encuentra balanceado en

ambos tiristores, se generan todos los armónicos de orden impar. La componente

de corriente armónica de orden n en función del ángulo de disparo de lo tiristores

es:

...7,5,3)sin(

cos)1(2)1sin(

)1(2)1sin(4

=⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−

−−

+++

= nnn

nn

nn

XV

IL

ααα

π Ec. 19

Las corrientes armónicas que ocasionan pequeñas perdidas pueden ser vistas en

su totalidad y comparadas con la corriente fundamental del TCR en la figura 8

cuando el dispositivo se encuentra en condición de máxima conducción

Page 28: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

28

Figura 85. Total de Armónicos

4.2.1 Control del TCR6

El sistema de control para un TCR se encuentra determinado por una señal de

disparo a los tiristores. Existen sistemas donde esta señal corresponde

directamente a un valor determinado de suceptacia que requiere el sistema en

determinado momento. También hay algoritmos de control que genera los pulsos

de disparo mediante el procesamiento de medidas en parámetros del sistema

compensado.

El algoritmo de control del TCR se basa en la generación de trenes de pulsos, los

cuales son las señales de disparo de los tiristores. Se utiliza un oscilador

controlado por voltaje (VCO), el cual tiene como referencia la señal de 60Hz que

produce una salida tipo rampa (proporcional a la referencia que se tiene como

5 Power Electronic Control in Electrical Systems. T.J.E Miller. Capítulo 6. 2002 6 Acosta, Álvaro. “ Métodos de Control de las Tecnologías FACTS”. Uniandes. 2005.

Page 29: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

29

entrada), que va de 0º a 360º, una vez se alcanzan los 360° y reinicia nuevamente

en 0°.

Figura 9. Módulo VCO en PSCAD

La salida VCO será la referencia que se tendrá para producir los pulsos de disparo

que van a ser enviados a los tiristores. Para esto se emplea un generador de

pulsos que tiene como entradas, señal proveniente del VCO y el ángulo de disparo

deseado, esto genera un pulso de un ancho determinado. Como se cuenta con

dos tiristores que están en antiparalelo, es necesario tener dos módulos de

generación de pulsos, uno desfasado 180º del otro, esto permite la alternancia de

conducción de medio ciclo.

Page 30: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

30

Main : Graphs

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200

0

50

100

150

200

250

300

350

400

y

VCO

Figura 10. Señal de salida del VCO

Figura 11. Generador de pulsos de disparo T1 y T2

Page 31: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

31

Los pulsos T1 y T2 son las señales de disparo que van a los tiristores, para que

estén en conducción. Cuando se realiza el control para la generación de los pulsos

de disparo para el arreglo de tiristores, es muy importante que estos se

encuentren balanceados. Es decir, que el ángulo de conducción sea el mismo

para los dos tiristores, de lo contrario se van a generar componentes armónicos

adicionales, en ocasiones pueden ser DC.

Para garantizar esto se utiliza la misma señal de referencia proveniente del VCO

como referencia para los dos generadores de pulsos y también el ángulo (a1 y a2)

para cada uno de los esta dado por la misma señal, solamente para poder realizar

la alternancia de ciclos de conducción de los tiristores en antiparalelo uno se

retrasa 180°.

Las señales resultantes de control para el TCR se muestran en la figura 12, donde

se puede ver que el pulso de disparo (T1), se genera en el momento en que el

ángulo de disparo (a1) cruza con la referencia proveniente del VCO, lo mismo

pasa para el otro tiristor.

Page 32: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

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32

Control TCR

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.056 0.064 128.125

0.0

400

y

310.000 310.000 0.000

Min 310.000

VCO a1 a2

-2.00

2.00

y

0.098 0.000 -0.098

Min 0.000

T1

-2.00

2.00

y

0.000 0.000 0.000

Min 0.000

T2

Figura 12. Señales de control del TCR

4.2.2 TCR en PSCAD

El TCS es implementado en PSCAD, el circuito es mostrado en la figura 13.

Figura 13. TCS en PSCAD

Page 33: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

33

Como se ve las señales T1 y T2 que entran a la compuerta de los tiristores, son

las provenientes del sistema de control. Que traen toda la información que

involucra el ángulo de disparo. Para determinar la conducción de los tiristores y

poder variar la corriente a través del TCR.

En las figuras 14, 15, 16, 17 se muestran las curvas de voltaje y corriente

características del TCR para diferentes ángulos de disparo. En la primera de ellas

se puede observar que con el ángulo de disparo igual a 90° no se presenta un

retardo en la señal de corriente, luego el efecto es el esperado que los tiristores se

comportan como corto circuito.

TCR

0.050 0.100 0.150 0.200

-200 -150 -100 -50

0 50

100 150 200

y

VL Vs

-200 -150 -100 -50

0 50

100 150 200

y

IL

Figura 14. Curv as TCR con α = 90°

Page 34: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

34

TCR

0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300

-200 -150 -100 -50

0 50

100 150 200

y

VL Vs

-150

-100

-50

0

50

100

150

y

IL

Figura 15. Curv as TCR con α = 100°

TCR

0.050 0.100 0.150 0.200

-200

-150 -100 -50

0 50

100

150 200

y

VL Vs

-80 -60 -40 -20

0 20 40

60 80

y

IL

Figura 16. Curv as TCR con α = 130°

Page 35: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

35

TCR

0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300

-200 -150

-100 -50

0 50

100

150 200

y

VL Vs

-30

-20

-10

0

10

20

30

y

IL

Figura 17. Curv as TCR con α = 150°

Estas curvas pueden ser comparadas con las que se muestran en la figura 7,

luego se comprueba que el control implementado para el TCR actúa de la manera

correcta pues a mayor retardo en la señal de disparo menor es la conducción de

corriente a través del TCR.

4.3 COMPENSADOR SERIE FIJO “FSC”

El TCSC tiene dos componentes básicos, que son el Capacitor en Serie Fijo (FSC)

y el TCR. En la sección anterior se explico el componente que permite al TCSC

ser un dispositivo de control activo en el sistema. Sin embargo, hay otros

elementos que componen un TCSC en su totalidad y estos están asociados al

FSC.

Page 36: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

36

El diagrama unifilar del FSC se muestra en la figura 17, este consiste en un banco

de condensadores (B), en paralelo con un varistor de óxido metálico (MOV), un

inductor de amortiguamiento en serie (A), un descargador (C) y un interruptor de

bypass (I).

Figura 18. Diagrama unifilar de un FCS

Un FSC para este tipo de aplicaciones debe ser diseñado teniendo en cuenta

parámetros del sistema, como son la corriente nominal de la línea y sus

componentes. Los parámetros que se deben tener en cuenta son: el rango de

potencia que va a ser compensado en [Mvar], la corriente nominal de línea [A], la

tensión línea – línea del sistema [kV], la reactancia de la línea [Ω] y la frecuencia

del sistema.

Page 37: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

37

4.3.1 Banco de Condensadores

Los bancos de condensadores, son diseñados según una impedancia específica

requerida que es equivalente a la capacitancia del banco. Los condensadores

están dispuestos en grupos dispuestos en paralelo, forman un arreglo de

condensadores en serie que va en dos segmentos (como lo indica la figura 19).

Figura 19. Banco de Condensadores

Es importante que exista un balance de corriente en la totalidad del banco de

condensadores, para evitar que existan sobrecargas de estos, para esta razón

debe haber un transformador de corriente (CT) para poder controlar ese balance.

Los condensadores deben ser diseñados de modo tal que provean los

requerimientos de inyección de potencia reactiva en el sistema al ser expuestos a

la corriente nominal de la línea, esto es en la condición de operación normal del

sistema.

4.3.2 Varistor de Óxido Metálico (MOV)

Cuando se presenta una falla, hay un aumento en la tensión del banco, lo puede

producir un daño individual en alguno de condensadores, lo que ocasionaría un

Page 38: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

38

desbalance de corriente en el banco. Por esta razón, cada grupo de

condensadores debe poder limitar la tensión a determinados valores, para lograr

esto se tiene como mecanismo de protección el varistor de óxido metálico (MOV)

que es instalado en paralelo.

Figura 20. Unidad de Banco de condensadores con MOV

4.3.3 Circuito de Amortiguamiento (A)

El circuito de amortiguamiento consiste en un reactor y una resistencia de

amortiguamiento. Como se puede ver en la figura 18 este circuito va en serie con

el arreglo banco de condensadores – MOV. La función de este circuito es limitar y

amortiguar las oscilaciones de corriente que pueden ser producidas por el banco,

a valores que no perjudiquen otros equipos del sistema.

4.3.4 Descargador (C)

El descargador y el MOV trabajan en conjunto para proteger contra

sobretensiones, el descargador es disparado mediante una señal que proviene del

Page 39: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

39

sistema de protección que supervisa las corrientes y la energía del MOV. Es una

protección de rápida acción para proteger el arreglo de condensadores, ya que el

interruptor de bypass tiene un tiempo de cierre de aproximadamente unos 60ms,

lo cual es un periodo muy largo de tiempo para que los condensadores soporten

una sobretensión.

4.3.5 Interruptor de Bypass (I)

Como su nombre lo indica este interruptor es para puentear el FSC y dejar la línea

de transmisión sin compensación. El interruptor debe estar cerrado cuando el

sistema este operando en condiciones de contingencia o falla que pueden

ocasionar daños en la compensación.

4.4 OPERACIÓN DEL TCSC

El funcionamiento básico del TCSC es mediante una operación ON-OFF de los

tiristores en el cruce por cero de la corriente de la malla (con el fin de disminuir

armónicos), el voltaje del capacitor es la referencia del ángulo de disparo α para

los tiristores que son disparados cuando VC e IC son opuestos en polaridad,

permitiendo un rango de 900 < α ≤ 1800.

En la figura 21 se puede observar lo anteriormente dicho, en donde el cruce por 0

del voltaje en el condensador se encuentra indicado por la marca “x” y luego se

muestra el disparo del tiristor por la marca “o”, el tiempo que transcurre entre estos

dos eventos es de 6 ms, lo que corresponde a un ángulo de disparo de 130o.

Page 40: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

40

TCSC

0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.226 0.231 184.722

-15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0

10.0 15.0 20.0

Amperios

14.282 -1.273 -15.555

Min -0.001 Max 14.587

Iind

-400 -300 -200 -100

0 100 200 300 400

Voltios

-18.309 366.124 384.433

Min 20.086 Max 373.424

Vind Vcap

Figura 21. Operación del TCSC con ángulo de disparo de 130°

Con todo esto resulta un flujo de corriente Iloop que es opuesto al capacitor, lo que

genera un incremento del voltaje a través del capacitor y de la compensación

serie. A medida α disminuye desde 1800, Iloop aumenta.

Page 41: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

41

La reactancia del TCSC en función del ángulo de disparo de los tiristores, esta

dada por7:

CL

LCTCSC XX

XXX

−=

)()(

αα Ec. 20

La reactancia de línea compensada con TCSC en función del ángulo de disparo

de los tiristores es:

)(2)(

ααππα

senXX LL −−

= Ec. 21

4.4.1 Modos de Operación

El TCSC tiene tres (3) modos de operación, estos se diferencian uno del otro por

la onda característica de la corriente a través del dispositivo, que esta

directamente afectado por el ángulo de disparo.

Modo de Tiristor Bloqueado: La corriente a través del TCR es cero luego la

compensación se comporta como una reactancia serie puramente capacitiva. Este

es el caso que se presenta con un ángulo de disparo de 180°, ya que el ángulo de

conducción es 0°, no hay componente inductiva de la corriente en el TCSC.

7 N.G. HINGORANI. “ Understanding FACTS: concepts and technology of flexible AC transmisition systems”. IEEE Press. 1999.

Page 42: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

42

TCSC

0.250 0.300

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

Amperios

Iind

-100 -80 -60 -40 -20

0 20 40 60 80

100

Voltios

Vind Vcap

-2.0

-1.0 0.0 1.0

2.0 3.0 4.0

Amperios

Itcsc

Figura 22. Modo de Tiristor Bloqueado α = 180°

Modo de Bypass: Las válvulas son disparadas sin retardo y el TCSC tiene una

pequeña componente de impedancia inductiva, este modo se usa cuando hay

mínima carga para evitar sobrevoltajes del sistema. Este modo corresponde a un

ángulo de disparo del 90° y hay un a máxima conducción por el TCR.

Page 43: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

43

TCSC

0.250 0.300

-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Amperios

Iind

-150

-100

-50 0

50

100 150

Voltios

Vind Vcap

-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0

Amperios

Itcsc

Figura 23. Modo de Bypass α = 90°

Modo Control de Fase: El ángulo de disparo α determina la dirección del flujo de

corriente a través del TCR y el FC, de modo que el TCSC puede trabajar como

una impedancia inductiva o capacitiva. Este último modo es el de interés para el

presente trabajo, dado que permite validar el TCSC como un controlador del flujo

de potencia en la línea.

Page 44: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

44

5. INTERCONEXIÓN COLOMBIA – ECUADOR

Desde inicios de 2003 se puso en servicio la interconexión entre el sistema de

potencia colombiano y el ecuatoriano, realizada a un nivel de tensión de 230 kV

mediante la línea doble circuito Jamondino – Pomasqui 1 y 2. Determinar los

límites de transferencia de potencia entre los dos sistemas de modo que no se

pierda la sincronización de las variables eléctricas de los sistemas

interconectadas, es de los principales problemas que se tienen en la

interconexión.

Los resultados de un estudio realizado por XM (Colombia) y CENACE (Ecuador)

[3], muestran que el valor máximo de intercambio esta dado por 250 MW, el cual

es un límite de emergencia y el estudio determina que no puede ser una condición

normal de operación , hasta que no se disponga de un refuerzo asociado a la

interconexión.

5.1 CARACTERÍSTICAS8

La interconexión Colombia – Ecuador se realiza a través de la línea de transmisión

doble circuito Jamondino – Pomasqui 1 y 2 a un nivel de tensión de 230 kV. La

longitud de cada uno de los circuitos es de 212.18 km. La interconexión tiene

compensaciones tipo shunt, en la subestación Jamondino:

8 Los datos fueron suministrados por ISA

Page 45: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

45

Compensación Capacitiva 72 [Mvar]

Compensación Inductiva 2 x 25 [Mvar]

Otros datos característicos de la interconexión como son: la configuración de la

torre, los tipos de conductores de fase y de cable de guarda fueron suministrados

por ISA propietaria de los activos de la interconexión. Estos fueron los datos

usados para la configuración del circuito en PSCAD.

Como se dijo anteriormente el estudio realizado por XM y CENACE, indica que el

nivel máximo de transferencia de potencia a través del circuito sin involucrar la

estabilidad de los dos sistemas es 250 MW, ISA por medio de un flujo de potencia

proporcionó los datos de los equivalentes thevenín de los dos sistemas

interconectados.

• Subestación Jamondino: °∠= 96.225 kVV

• Subestación Pomasqui: °−∠= 5.45.226 kVV

Page 46: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

46

Figura 24. Unifilar área suroccidental 230 kV

5.2 IMPLEMENTACIÓN EN PSCAD

El resultado de la implementación del sistema en PSCAD es el siguiente, donde se

tomaron en cuenta las características ya mencionadas de la interconexión.

Page 47: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

47

Figura 25. Interconexión Colombia – Ecuador en PSCAD

Las curvas características resultantes de la interconexión son las que se muestran

a continuación:

• Subestación Jamondino

Jamondino

0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

Voltios

Va1 Vb1 Vc1

Figura 26. Curv as de Tensión S/E Jamondino

Page 48: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

48

Jamondino

0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200

-1.00

-0.75

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

Amperios

Ia1 Ib1 Ic1

Figura 27. Curv as de Corriente S/E Jamondino

• Subestación Pomasqui

Pomasqui

0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200

-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

Voltios

Va2 Vb2 Vc2

Figura 28. Curv as de Tensión S/E Pomasqui

Page 49: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

49

Pomasqui

0.100 0.120 0.140 0.160 0.180 0.200

-1.00

-0.75

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

1.00

Amperios

Ia2 Ib2 Ic2

Figura 29. Curv as de Corriente S/E Pomasqui

• Potencia Activa y Reactiva de la Interconexión

P

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

0

50

100

150

200

250

300

MW

P

Figura 30. Potencia Activ a Interconexión Colombia – Ecuador

Page 50: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

50

Q

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

-50

-40

-30

-20

-10

0

Mvar

Q

Figura 31. Potencia Reactiv a Interconexión Colombia – Ecuador

Page 51: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

51

6. DISEÑO DE TCSC PARA LA INTERCONEXIÓN

Mediante simulación de la interconexión en PSCAD se encuentra que la

reactancia de la línea (XL) es 95.75 Ω.

Los parámetros a tener en cuenta para el diseño del modelo del TCSC son la

potencia máxima, el grado de compensacion K, el condensador requerido para

satisfacer los dos anteriores.

Como se dijo en la sección anterior se ha determinado como límite de

transferencia de potencia los 250 MW, se desearía con la implementación del

TCSC alcanzar una transferencia de 320 MW sin comprometer la estabilidad del

sistema.

Dado que el diseño se debe realizar por circuito, entonces cada circuito debe tener

una capacidad de transferencia de 160 MW, dado que son circuitos exactamente

iguales.

Ω=

°−Ω

=

−=

87.21

)5.13(75.95

5.226*6.225160

)(*

160

C

C

cL

pomajamo

X

senX

kVkVMW

senXX

UUMW δ

Page 52: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

52

Con la Ec. 6 se encuentra el grado de compensación que se necesita para tener la

transferencia de potencia deseada.

228.075.9587.21

==K

el grado de compensación es de 22.8%. El valor del condensador que cumple con

el requerimiento de compensación es:

FfX

CC

µπ

1212

1== Ec. 22

Se determinan los MVAr que aporta la compensación al circuito.

CLINEAfaseC XIQ *2=− Ec. 23

Donde:

MVArQQ

MVArAQ

AkV

MWI

faseCcircuitoC

faseC

LINEA

6.10*3

56.387.21*)63.401(

63.401230*3

160

2

==

=Ω=

==

−−

Para completar el diseño falta determinar el valor del reactor del TCR, este se

realiza al 50% del valor de XC, luego se tiene:

Page 53: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

53

Ω== 9.105.0 CR XX

De donde se encuentra que se necesita un reactor L = 29mH.

Figura 32. Modelo de TCSC diseñado para interconexión

Page 54: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

54

7. INTERCONEXIÓN COMPENSADA CON TCSC

El TCSC diseñado en el capitulo anterior, debe ser implementado en cada una de

las fases de la interconexión. La compensación se ubica la subestación

Jamondino, ya que esta es propiedad de ISA y los activos de la compensación

serían controlados por esta misma empresa.

Figura 33. Interconexión compensada con TCSC

Page 55: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

55

El escenario de analizado es el nombrado en la descripción de la interconexión, en

donde existe un límite de transmisión de 250 MW, la figura 34 muestra la

transferencia de potencia sin compensación tipo TCSC.

Transferencia Sin TCSC

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

-50

0

50

100

150

200

250

300

350

y

P Q

Figura 34. Transferencia de Potencia sin TCSC

De la figura se puede observar que: P = 250 MW y Q = -50MVA.

Con la compensación TCSC en servicio con un ángulo de disparo de 130o se

tienen los resultados de la figura 11.

Page 56: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

56

Figura 34. Transferencia de Potencia con TCSC

De esta simulación se puede observar como al implementar la compensación serie

tipo TCSC, se obtienen los resultados esperados, pues el diseño se realizó para

una transferencia de potencia máxima de 320MW. Adicionalmente el aumento en

la transmisión no se ve reflejado en un aumento en el ángulo de transmisión (lo

que si sucedería sin compensación), esto debido a reducción en la longitud

eléctrica de la línea con la compensación.

Para la simulación de la figura 36, se realizó un aumento en el ángulo de disparo a

170o, donde se encuentra que hay una reducción de la corriente de malla del

TCSC, denominada ITCSC. Esto como se espera se ve reflejado en un ajuste rápido

en la transferencia de potencia del sistema, como se ve en la figura 37.

Page 57: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

57

TCSC

0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.226 0.231 184.722

-15.0 -10.0 -5.0 0.0 5.0

10.0 15.0 20.0

Amperios

7.170 -0.640 -7.810

Min -0.000 Max 7.319

Iind

-400 -300 -200 -100

0 100 200 300 400

Voltios

-8.109 184.218 192.327

Min 11.330 Max 187.944

Vind Vcap

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

y

7.387 -0.673 -8.060

Min -0.011 Max 7.536

Itcsc

Figura 35. Señales del TCSC en serv icio con ángulo de disparo de 130o

Page 58: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

58

TCSC

0.200 0.210 0.220 0.230 0.240 0.250 0.260 0.270 0.280 0.228 0.234 160.952

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

Amperios

5.974 -2.271 -8.245

Min -2.355 Max 6.142

Iind

-200 -150 -100 -50

0 50

100 150 200

Voltios

-12.606 151.288 163.894

Min 7.746 Max 165.489

Vind Vcap

-8.0 -6.0 -4.0 -2.0 0.0 2.0 4.0 6.0 8.0

y

6.541 -2.619 -9.160

Min -2.710 Max 6.715

Itcsc

Figura 36. Señales del TCSC en serv icio con ángulo de disparo de 170o.

Page 59: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

59

Transferencia con TCSC

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50

0

25

50

75

100

125

150

175

200

MW

P

Figura 37. Potencia Transferida Con TCSC con ángulo de disparo de 170°

Page 60: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

60

CONCLUSIONES

Los Sistemas Flexibles de Transmisión AC (FACTS) utilizan las herramientas de

electrónica de potencia, destinados a obtener transmisión de potencia en óptimas

condiciones, ya que ofrecen un control técnico y económico del flujo de potencia

dentro de un sistema.

Los dispositivos FACTS dan flexibilidad al sistema de potencia, para que los

sistemas de transmisión se puedan adaptar a al incremento en demanda y en

generación, mediante un cambio en los límites de estabilidad del sistema.

El TCSC tiene como objetivo el control de flujo de potencia a través de la línea de

transmisión y mejorar la estabilidad del sistema, esto lo hace mediante un rápido

ajuste de la reactancia efectiva de la línea.

La habilidad que tiene el TCSC para variar rápidamente la reactancia de la línea

permite que se disminuya desbalance de potencia entre la potencia mecánica del

generador y la carga eléctrica durante una perturbación del sistema, por esta

razón son utilizados para incrementar el margen de estabilidad.

Para la Interconexión Colombia – Ecuador se tiene actualmente un límite de 250

MW de transferencia máxima para no involucrar la estabilidad de los sistemas, al

Page 61: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

61

implementar un dispositivo TCSC este límite aumenta, permitiendo una mayor

cargabilidad de la línea.

La implementación del TCSC en la Interconexión puede ser el refuerzo que

requiere el circuito Jamondino – Pomasqui no solo para incrementar el límite de

transferencia, sino para mantener la transferencia en los niveles actuales pero

mejorando la diferencia angular entre los dos sistemas incrementando los

márgenes de estabilidad.

Page 62: MODELAMIENTO Y APLICACIÓN DE COMPENSACIÓN SERIE …

IEL1-I-06-03

62

BIBLIOGRAFIA

Acosta, Álvaro. “Métodos de Control de las Tecnologías FACTS”. Uniandes. 2005.

Camila, ALVEGRAN, ABB Power Techologies, Suecia. Semirario acerca de

FACTS. Medellín. Noviembre 23 de 2005.

Fellow, G.G. Karady. Helbing, Scott G. “Investigations of an Advanced Form of

Series Compensation”. IEEE Transactions on Power Delivery. 1994.Vol 9. No 2.

Pages 939 – 947.

N.G. HINGORANI. “Understanding FACTS: concepts and technology of flexible AC

transmisition systems”. IEEE Press. 1999.

Perez, Jhon. Rozo, Claudia. “Análisis del Comportamiento eléctrico mediante la

Simulación en ATP para un Compensador Serie”. Universidad de La Salle. 2003.

XM. CENACE. “Generaciones de Seguridad y Límites de Transferencia de

Potencia para la Operación Colombia – Ecuador. Primer Semestre de 2006”.

Documentos XM CENACE 2006-001.