Tesis Magíster
Análisis de Sistemas de Transmisión VSC-HVDC en Condición de Contingencia DC
Analysis of VSC-HVDC Transmission Systems Under DC Fault Conditions
Autor
Martínez Lizana, Sebastián Nicolás
Institución
Resumen
Los sistemas de HVDC para la transmisión de grandes bloques de potencia se han incrementado gracias al desarrollo de la electrónica de potencia para aplicaciones de alta tensión. Se considera esta tecnología como una alternativa clara para la necesaria actualización de los sistemas de transmisión HVAC. Esto conlleva mejoras operativas y funcionales en la red de potencia, entre las que se destaca la capacidad para conectar sistemas asíncronos, control independiente de potencia activa y reactiva, y menores pérdidas por efecto Joule.
Dadas las importantes ventajas comparativas, la aplicación masiva de esta tecnología de transmisión HVDC se proyecta como un hecho en los próximos años. No obstante, existen brechas importantes a solucionar antes de masificar el uso de las redes HVDC. En este contexto se identifica como la principal barrera el mejoramiento y desarrollo de sistemas de protección de rápida acción para afrontar fallas DC.
El presente trabajo propone utilizar el control de los convertidores VSC para mitigar los efectos de la corriente de falla DC. Se desarrolla el control de estaciones conversoras en ejes dq para fijar las consignas de potencia activa y reactiva, además de controlar la tensión del enlace. Posteriormente, se adiciona un esquema de detección y actuación bajo condiciones de contingencia DC al diagrama de control en condición normal establecido previamente.
Para validar la propuesta se construye un modelo de simulación en software MATLAB/Simulink de una red VSC-HVDC de 200 kVDC, basada en convertidores de 150 MVA con topología multinivel. Se propone un esquema de control de un MMC-HVDC que permite el control de la corriente de falla DC. Esta estrategia para mitigar la corriente de falla permite llevar el aporte de corriente de cada convertidor a cero.
Por último, se establece una aplicación de la estrategia antes mencionada para operar como reconectador ante condiciones de contingencia DC, mostrando la capacidad del control propuesto, para discriminar entre fallas temporales y permanentes. HVDC systems for bulk power transmission have been increased due to the development of power electronics for high voltage applications. This technology is considered as a prominent alternative for the upgrade of HVDC transmission systems. This entails operations and functional improvements in the electrical grid, such as the ability to connect asynchronous systems, active and reactive power control and lower losses due to Joule effect.
Given the comparative advantages with HVAC, the massive application of HVDC transmission technology is projected as a fact in the coming years. However, there are important gaps to be solved before massify HVDC networks. In this context, the improvement and development of fast-acting protection systems is identified as one of the main challenges.
This thesis proposes to use the control of VSC converters to mitigate DC fault current effects. The control of converter stations on dq axes is developed to set the active and reactive power setpoints, in addition to controlling DC voltage. Subsequently, a detection and actuation scheme under DC contingency conditions is added to the control diagram of the VSC.
To validate the proposal, a simulation model is built in MATLAB/Simulink of a 200 kV DC of a VSC-HVDC network, based on 150 MVA converters with multilevel topology. A control scheme of an MMC-HVDC is proposed to allows the control of the DC fault current by blocking DC power transfer between stations during contingency conditions.
Finally, an application of the control strategy is established to operate as a recloser under DC fault condition. This shows the capacity of the proposed control, to discriminate between temporary and permanent faults. PFCHA-Becas PFCHA-Becas