Transcript COMPENSACIÓN SERIE Y SHUNT EN SIST DE POT

“COMPENSACIÓN SHUNT Y
SERIE EN SISTEMAS DE
POTENCIA”
LINEAS DE CA
Características generales
La potencia transferible en un sistema de
corriente alterna
puede ser presentada como:
 U2
P  f 
 long



proporcional al cuadrado de la tensión
e inversamente proporcional a su longitud
Aumentar la P implicaría aumentar el nivel
de tensión o reducir la
longitud de la línea
Modelado de una línea de alta tensión
.
Las líneas de alta tensión generan y consumen
potencia reactiva.
Un parámetro de referencia es la potencia natural:
Un2 kV
Pn MW 
Zc 
Un es la tensión nominal
Zc es la impedancia natural: depende de la
configuración geométrica y es independiente de la
longitud (√Z/Y)
Asumiendo una Zc = 300 ohms se obtiene el
siguiente cuadro
Un
[kV]
132
Pn
[MW]
58
220
161
330
363
500
833
750
1.875
Este cuadro nos da una idea de la potencia que se
puede transmitir según la tensión utilizada.
Conceptualmente, cuando la línea está cargada con
su potencia natural, no consume ni genera reactivo.
Representación de las líneas de transmisión
.
parámetros unitarios distribuidos uniformemente
Impedancia serie
( r + j xs )
r
Admitancia paralelo
( g + j bc )
xs
bc
Unidad de longitud
g
=Y
Circuito equivalente de una línea de transmisión larga
.
Circuito equivalente
ZE
I1
U1
I2
YE
YE
2
2
YE Cosh q  1

2 Zc  Senh q
q = ángulo característico
U2
ZE = Zc Senh q
Modelo equivalente exacto representado mediante un cuadripolo
.
I1
I2
U1
Un
[kV]
750
500
330
220
132
Long.
[km]
A
B
C
D
B
[]
A
[-]
U2
C
[S]
D
[-]
1000
0,490
j 0,039
15,9
j 238,8
-5,4E-05 j 0,00319
0,490
j 0,039
1500
-0,019
j 0,067
11,1
j 274,3
-1,6E-04 j 0,00365
-0,019
j 0,067
1000
0,489
j 0,045
17,8
j 227,5
-6,7E-05 j 0,00335
0,489
j 0,045
1500
-0,020
j 0,078
12,4
j 261,5
-1,9E-04 j 0,00384
-0,020
j 0,078
500
0,863
j 0,021
20,6
j 136,5
-1,4E-05 j 0,00188
0,863
j 0,021
750
0,700
j 0,045
27,1
j 193,0
-4,6E-05 j 0,00265
0,700
j 0,045
1000
0,487
j 0,073
29,7
j 236,3
-1,0E-04 j 0,00324
0,487
j 0,073
250
0,965
j 0,009
19,2
j 77,6
-2,6E-06 j 0,00089
0,965
j 0,009
500
0,862
j 0,034
35,7
j 150,1
-2,1E-05 j 0,00171
0,862
j 0,034
250
0,964
j 0,016
43,7
j 97,0
-4,0E-06 j 0,00073
0,964
j 0,016
500
0,858
j 0,063
81,1
j 188,5
-3,2E-05 j 0,00141
0,858
j 0,063
La potencia transmitida por una línea de alta
tensión responde aproximadamente a la
siguiente ecuación:
.
P
U1  U 2
 sen 
Xl
U1 = Tensión en el extremo emisor
U2 = Tensión en el extremo receptor
Xl = Reactancia serie entre los extremos de la línea
 = ángulo de desfasaje entre U1 y U2
.
Potencia transmitida en 500 kV
6000
5000
d=35º
Potencia [MW]
=
35º
d=25º
= 25º
4000
=
15º
d=15º
3000
Pn
2000
1000
0
100
500
Distancia [km]
1000
Características de los sistemas de
transmisión

Los sistemas de transmisión en CA tienen variaciones de
tensión entre los extremos emisor y receptor que
dependen de:
Tensión en extremo
emisor
Potencia
transmitida
Longitud de la
línea
Consumo
DEM
L
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA
TENSIÓN
-
Mayor U emisor=> Mayor U receptor
Mayor P transmitida=> Menor U en receptor
Mayor Long de la línea
=>Menor U recep a altas pot. trasmitidas
=>Mayor U recep a bajas potencias
Mayor consumo de Q=>
menor U receptor
DEM
V EMISOR
L
V RECEP
Un sistema de transmisión ideal
debería tener en todas sus barras
una tensión igual a la nominal. En
la practica esto no es posible por
lo que se trata de mantenerla en
una banda de +/- 3%
Compensación serie

C
Capacitor en serie:
Xl
Rc




Tiene una reactancia negativa Xc= 1/wC que
compensa la reactancia de la línea Xl = wL.
La potencia reactiva consumida por la línea
Q=I2. XL
La potencia reactiva generada por el capacitor
Q=I2. XC
Compensación Capacitor Serie: Funciona
compensando la caída de tensión inductiva en
la línea, es decir, reducen la reactancia eficaz
de la línea de transmisión . Mejora la
estabilidad y la capacidad de carga de las redes
de transmisión
Efectos Compensación serie - Estabilidad
Ejemplo de esquema de Protección




En el caso que circule una elevada
corriente por el capacitor serie el
varistor MOV establece un By Pass
para la corriente a fin de proteger
las unidades capacitivas.
C
Para proteger el varistor MOV se
instala un air gap( descargador). Es
de actuación ultra rápida 1ms
Por último un interruptor para
sacar de servicio el capacitor
(puentea).
D es un reactor de descarga o
amortiguador
D
Balance de potencia reactiva

LAT de 500 kV y 500 km
Q MVAr
Cap serie
Capac
P(MW)
Induc
LEAT
LEAT+
CS
Efectos de la compensación Shunt y
Serie
P
DEM
.
Ve
-Los capacitores serie generan
mayor Q cuanto mayor potencia
reactiva consume la línea debido
a la mayor corriente que circula.
(Autorregulación).
-Producen un efecto equivalente
al acortamiento de la longitud.
L
Vr
Los capacitores Serie y Shunt
generan potencia reactiva y
evitan que baje la tensión en
el extremo receptor
Principio de funcionamiento
 Efecto de la compensación en serie de un sistema de potencia:

La tensión introducida por un condensador en serie es
proporcional a la intensidad de la línea y está en cuadratura de
fase con ella. La potencia reactiva generada por el condensador
es proporcional al cuadrado de la corriente, de ahí que un
condensador en serie tenga un efecto autorregulador. Cuando
aumenta la carga del sistema, también aumenta la potencia
reactiva generada por el condensador en serie.
A continuación se exponen los efectos de la compensación en
serie:
Un condensador en serie es capaz de compensar la caída de
tensión en una línea de transmisión causada por la inductancia
en serie. Para corrientes bajas, la caída de tensión del sistema es
menor y la tensión de compensación en serie es más baja.
Cuando la carga aumenta y la caída de tensión se hace mayor,
también aumenta la contribución del compensador en serie y, en
consecuencia, se regula la tensión del sistema. La compensación
en serie también amplía la zona de estabilidad de la tensión al
reducir la reactancia de línea, ayudando con ello a impedir la
caída de tensión.
Sistema de transmisión no compensado
P

L
.
U
DEM
V extremo emisor
1.05
Perfil de V a lo largo
de la línea
1
V extremo receptor
0.95
0
Long en Km
400
Sistema de transmisión con compensación
shunt.
P
DEM
L
U
V extremo emisor
CAP SHUNT
1.05
Perfil de V a lo largo
de la línea
1
V extremo receptor,
mayor al caso anterior
0.95
0
Long en Km
400
Sistema de transmisión con compensación
serie
P
CAP serie
DEM
L
U
V extremo emisor
Perfil de V a lo largo
de la línea
1.05
1
V extremo receptor,
mayor al caso SC
0.95
0
Long en Km
400
P
Aumento de la demanda en la
compensación shunt
DEM
L
U
1.05
Perfil de V a lo largo
de la línea con
aumento de demanda
1
CAP SHUNT
V extremo receptor,
Cae al aumentar la
demanda
0.95
0
Long en Km
400
Aumento de la demanda en la
compensación serie
P
CAP serie
DEM
L
U
1.05
V extremo emisor
Perfil de V a lo largo
de la línea con
aumento de demanda
1
V extremo receptor,
cae levemente
0.95
0
Long en Km
400
Efecto sobre la estabilidad
Transmisión sin capacitores serie
 alto ángulo del generador (depende del
desfasaje entre Ve y Vr que depende de
Xl)
 menor margen de estabilidad
Transmisión con capacitores serie
 Menor ángulo del generador
 mayor margen de estabilidad
Conclusiones:
.
•Es posible mejorar la capacidad de transmisión de
un sistema de potencia mediante compensación.
•La potencia natural contribuye como parámetro de
referencia simple al momento de definir la
capacidad de transmisión de una línea.
•Mediante la compensación es posible controlar el
flujo reactivo de la línea tendiendo a minimizarlo.
•La transmisión por corriente alterna presenta
restricciones técnicas insalvables, requiriéndose el
empleo de otras tecnologías tales como alta tensión
en corriente continua para grandes distancias.
Comparación de costo y desempeño
SHUNT
SERIE
COSTO
12000 u$/MVAr
40000 u$/MVAr
Desempeño con
nivel de trans.
La cant de MVAr es cte.
Los MVAr varían con el
nivel de transmisión,
aumentan si la trans.
aumenta
Desempeño con
nivel de U
Disminuye el aporte de MVAr
cuadraticamente con la
disminución de la U
Independiente
Desempeño por
estabilidad
Aumenta levemente el
margen de estabilidad
Efecto de acortamiento
de distancia y aumento
efectivo de estabilidad
Desempeño ante
fallas
Se mantiene conectada a la
red
Sale con la línea
Shunt o Serie



No hay receta – Depende de cada caso
particular.
Relación costo beneficio
Serie es buena opción para lineas paralelo
duplicadas por que hay distribución pareja
de flujo (igual compensación en ambas).
Eje corredor Comahue – Buenos Aires.
Compensación Inductor Paralelo:
Funciona compensando la admitancia
paralelo de las líneas de transmisión con lo
cual disminuye el aumento de V al final de
la línea cuando estas se hallan con baja
carga o en vacío (Efec. Ferranti) esto es
muy visto en líneas de 500 kV.
Capacitor Serie