Revista Electricidad Nº228

marzo de 2019

Cuáles son las alternativas de conversión para la nueva línea HVDC

El proyecto promete hacer posible el intercambio de energía renovable entre el norte y centro sur del país. La fecha de entrada en operación sería 2030, y en los próximos años deberán abordarse aspectos claves como trazado, evaluación estratégica ambiental, y estudios eléctricos.

Sala de válvulas convertidor VSC. Foto: Gentileza GE.

*Por Gabriel Olguín, socio director de Power Business Limitada y director de Cigré Chile.

El 11 de enero de 2019 la Comisión Nacional de Energía emitió la Resolución Exenta N°14 que aprueba el Informe Técnico Final y Plan de Expansión Anual de la Transmisión correspondiente a 2018, que con una visión de largo plazo, propone nuevamente la línea de transmisión HVDC Kimal Lo Aguirre de al menos 2.000 MW y 1.500 km de extensión.

El proyecto tendría un plazo constructivo de 84 meses a contar de la fecha de licitación, la que se encuentra condicionada a que se verifique que el proyecto continúa siendo recomendable en el Informe Técnico Definitivo del Plan de Expansión Anual de Transmisión previo a la fecha de inicio de la licitación.

La fecha de entrada en operación sería 2030, y en los próximos años deberán abordarse aspectos claves del proyecto como: trazado, evaluación estratégica ambiental, y estudios eléctricos. En la propuesta, el regulador deja abierta la posibilidad de aumentar la capacidad de transporte, el voltaje de transmisión, un tercer terminal y la tecnología de conversión.

Gabriel Olguín. Foto: Archivo ELECTRICIDAD.La línea HVDC Kimal Lo Aguirre es un proyecto HVDC que puede optar por tecnología de conversión LCC o VSC, por lo que vale la pena revisar las características fundamentales de cada una.

HVDC LCC

HVDC clásico o HVDC LCC funciona en base al cambio de estado o conmutación de válvulas de tiristores, facilitado por la propia tensión alterna del sistema de potencia exportador e importador, de ahí su nombre HVDC LCC, convertidor conmutado por línea.

El rápido desarrollo del tiristor, junto con los avances en aislamiento dieléctrico en DC (corriente continua), ha permitido a la tecnología HVDC LCC alcanzar el increíble récord de transmisión de potencia de 12.000 MW y 3.400 km en una línea bipolar utilizando una tensión de transmisión de +/-1.100 kV en el proyecto Changji-Guquan, en China. Sin embargo, HVDC LCC presenta ciertos desafíos para la operación de los sistemas de potencia.

En primer lugar, HVDC LCC no puede energizar una red pasiva pues requiere terminales AC (corriente alterna) fuertes con una razón de cortocircuito mayor que 2,5 que permita la conmutación de las válvulas de tiristores. Si el sistema es débil, se deben instalar condensadores sincrónicos que aumenten el nivel de cortocircuito en la barra AC o compensación serie en la convertidora.

HVDC LCC inyecta corrientes armónicas, siendo las componentes 11, 13, 23 y 25 las más relevantes que deben ser eliminadas del sistema AC para evitar la distorsión del voltaje y su efecto en las cargas. Para ello se disponen filtros AC que proveen un camino de baja impedancia a las armónicas de corriente.

HVDC LCC requiere entre el 50% y 60% de potencia reactiva respecto de la potencia activa, en cada terminal y equipos de maniobra para conectar y desconectar filtros y condensadores estáticos conforme sea necesario. Esta potencia reactiva es provista localmente ocupando parte importante del espacio de la convertidora.

HVDC LCC ha probado su eficiencia en múltiples proyectos alrededor del mundo. Sin embargo, la operación multiterminal o con más de dos terminales es aún desafiante y compleja.

3-Convertidor VSC - copia

Convertidor VSC. Fuente: Gabriel Olguín.

HVDC VSC

Por otra parte, la tecnología HVDC VSC o de convertidor fuente de tensión es más reciente y funciona con válvulas de semiconductores de conmutación forzada (como son los IGBTs). Estos IGBT actúan como interruptores de alta velocidad. El principio fundamental de la tecnología convertidora VSC es la creación de una tensión senoidal AC de magnitud y fase controlable, esto permite controlar potencia activa y reactiva.

El convertidor VSC más elemental es un arreglo convertidor de dos niveles que crea una señal cuadrada con voltaje positivo y negativo, lo que no es otra cosa que una sinusoide con alto contenido armónico. Soluciones más recientes han introducido convertidores modulares multinivel que crean una tensión senoidal en escalones, sumando aportes de tensión de submódulos convertidores conectados en serie.

Las versiones comerciales de HVDC VSC tienen nombres registrados por sus fabricantes y sus desempeños en el sistema de potencia pueden ser significativamente diferentes, pero hay ciertas características de HVDC VSC que lo diferencian de HVDC LCC que vale la pena mencionar.

HVDC VSC puede energizar una red pasiva o débil. Gracias a la capacidad de los semiconductores, HVDC VSC no requiere de tensión AC para conmutar las válvulas.

La convertidora HVDC VSC puede inyectar o absorber potencia reactiva y con ello controlar la tensión del sistema AC. HVDC VSC no requiere de grandes filtros AC y eventualmente no requiere de filtro alguno AC. La convertidora VSC puede crear una tensión sinodal con muy bajo contenido armónico haciendo innecesaria la instalación de filtros AC.

HVDC VSC es la tecnología preferible para sistemas multiterminales. La estrategia de control de los enlaces HVDC VSC es más apropiada para enlaces multiterminales por lo que existe consenso que en el futuro los enlaces HVDC multiterminal o enmallados optarán por esta tecnología.

Por otra parte, las convertidoras VSC no tiene capacidad de sobrecarga y sus pérdidas son algo mayores que en LCC. HVDC VSC es ideal para uso con cables aislados, ya sea soterrado o submarino. La aplicación de HVDC VSC en líneas aéreas presenta desafíos asociados al despeje efectivo y rápido de fallas en la línea DC.

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Convertidor multinivel, un tipo de VSC. Fuente: Gabriel Olguín.

[VEA TAMBIÉN: CNE logra aprobación de línea HVDC en Plan de Expansión de la Transmisión 2018]

Proyecciones

El proyecto línea de transmisión HVDC 2000 MW de 1.500 km Kimal Lo Aguirre promete hacer posible el intercambio de energía renovable entre el norte y centro sur del país posibilitando menores costos de operación del sistema eléctrico nacional. El proyecto requiere aún de muchas definiciones, entre ellas la selección de la tecnología de conversión. Esta definición podría dejarse a los proponentes quienes en base a especificaciones funcionales deberían optimizar el diseño sujeto a las restricciones de operación.

En cualquier caso, es importante formar capacidades para el adecuado desarrollo, construcción y operación de este tipo de proyectos. Con este objetivo en mente, el Comité de Estudio B4 de Cigré Chile organiza en abril de este año un Tutorial HVDC donde especialistas locales y extranjeros expondrán aspectos fundamentales de la tecnología, sus aplicaciones y limitaciones.