05 de marzo de 2018
Resumen:
El objetivo de esta tesis doctoral es la investigación de nuevas estrategias de control en sistemas de transporte en corriente continua en alta tensión con convertidores fuente de tensión (VSC-HVDC) multi-terminal (VSC-MTDC) para la mejora de la estabilidad de ángulo en sistemas híbridos HVAC/HVDC (ante grandes y pequeñas perturbaciones).
El trabajo ha sido motivado por el creciente interés de los operadores del sistema de transporte de energía eléctrica en distintas partes del mundo en esta tecnología. Los sistemas eléctricos están tendiendo a ser operados más cerca de sus límites técnicos (líneas AC más cerca de sus límites de estabilidad, transporte de potencia sobre largas distancias y reducción de la inercia total del sistema, entre otros aspectos). En estas condiciones, la estabilidad de ángulo es un factor limitante clave. También, las redes eléctricas del presente y futuro están tendiendo a a incorporar cada vez más convertidores de electrónica de potencia: generadores renovables conectados a través de convertidores, dispositivos FACTS y sistemas HVDC (punto a punto y multi-terminal). En particular, sistemas de transporte híbridos HVAC/VSC-HVDC están siendo considerados para facilitar la incorporación masiva de energía renovable en el sistema y para la interconexión de distintos países. La principal aplicación cualquier sistema VSC-HVDC siempre será el transporte de mucha potencia. Sin embargo, un sistema VSC-MTDC, una vez instalado, puede ser una opción muy atractiva para ayudar a mejorar la estabilidad de ángulo del sistema, debido al control rápido de potencia activa (P) y reactiva (Q) en las estaciones convertidores.
Estudios previos han mostrado que estrategias de control apropiadas en sistemas VSC-MTDC pueden mejorar significativamente la estabilidad de ángulo del sistema. Estas estrategias de control tienen en común que utilizan medidas globales del sistema que son difíciles de implementar (velocidades de todos los generadores del sistema o la velocidad del centro de inercia). En esta tesis se investigan estrategias de control usando medidas “globales pero prácticas” para (a) la mejora de la estabilidad transitoria del sistema (gran perturbación) y para (b) amortiguamiento de oscilaciones de potencia (pequeña perturbación).
En primer lugar, se han propuesto estrategias de control para las inyecciones de P y Q de las estaciones convertidoras usando la frecuencia media ponderada (WAF, por sus siglas en inglés: wighted-average frequency), para la mejora de la estabilidad transitoria. Los resultados presentados en esta tesis muestran que las estrategias de control propuestas contribuyen significativamente a mejorar la estabilidad de ángulo del sistema, ante grandes y pequeñas perturbaciones, y son mucho más fáciles de implementar que propuestas previas que requieren medidas de todos los generadores del sistema en tiempo real.
Debido a buenos resultados obtenidos para estabilidad transitoria, también se han investigado estrategias de control para amortiguar oscilaciones (POD, por sus siglas en inglés: power-oscillation damping), usando el mismo conjunto de medias. Los resultados muestran que el uso de la frecuencia media ponderada también es muy útil para este propósito. Se ha utilizado un algoritmo de diseño coordinado para diseñar los controles POD del VSC-MTDC.
Las principales conclusiones obtenidas en esta tesis son las siguientes:
• La estrategia de control propuesta P-WAF (para las inyecciones de P de los convertidores) mejora significativamente la estabilidad transitoria del sistema. Esta estrategia utiliza la frecuencia media ponderada de los terminales de alterna del sistema VSC-MTDC.
• La estrategia de control propuesta Q-WAF (para las inyecciones de Q de los convertidores) mejora significativamente la estabilidad transitoria del sistema. Esta estrategia utiliza la frecuencia media ponderada de los terminales de alterna del sistema VSC-MTDC.
• Las estrategia de control local propuesta Q-LWAF (para las inyecciones de Q de los convertidores) mejora significativamente la estabilidad transitoria del sistema. Se comporta como la estrategia Q-WAF, pero solo requiere medidas locales.
• Las estrategias de control propuestas para amortiguamiento de oscilaciones (para las inyecciones de P y/o Q de los convertidores) son capaces de amortiguar los modos inter-área eficazmente. El algoritmo de diseño coordinado permite diseñar los controles POD para amortiguar un conjunto de modos, obteniendo los valores de amortiguamiento especificados.
Palabras clave: VSC-HVDC multi-terminal, control, estabilidad de ángulo, estabilidad transitoria, amortiguamiento de oscilaciones
Cita:
J. Renedo (2018), Control of VSC-HVDC multi-terminal systems to improve angle stability in hybrid HVAC/HVDC electrical transmission systems. Madrid (España).
