Soporte de tensión mediante enlace HVDC-VSC y conexión de recurso eólico

Abstract

Los estudios acerca de la utilización de energía eólica en sistemas de potencia ubicados a grandes distancias del centro de carga han mostrado que la mejor alternativa para transportar la energía es mediante High Voltage Direct Current (HVDC) de tipo Voltage Source Converter (VSC). Además, este tipo de tecnología tiene la capacidad de controlar de forma independiente el flujo de potencia activa y reactiva de las estaciones lo cual puede ser utilizado para mejorar la estabilidad del sistema de potencia. Este trabajo propone una metodología para determinar de forma estática y dinámica los beneficios a la estabilidad del sistema como consecuencia del aporte de potencia reactiva por parte de las estaciones VSC. Primero, un análisis estático se realiza y propone un método para determinar el mejor punto de conexión del parque eólico mediante HVDC-VSC. Para esto se caracteriza el beneficio en la congestión de red como un incremento en el margen de cargabilidad de la curva PV del sistema debido a la inyección de potencia reactiva por parte de la estación VSC. Además, un trade-off entre este beneficio y el costo de la línea HVDC como consecuencia de las diferentes longitudes para cada alternativa es requerido. Así que una comparación técnico-económica de las alternativas de conexión permite seleccionar el mejor punto de conexión de la línea HVDC-VSC. Segundo, en el análisis dinámico se diseña un sistema de control para las estaciones VSC con el fin de mejorar la estabilidad de voltaje del sistema AC y parque eólico. El sistema de control con soporte tensión limita la potencia activa de la estación VSC inversora y da prioridad a la potencia reactiva para mantener el voltaje dentro de los límites permitidos en el momento de la falla.

Studies on the use of wind energy in power systems located at great distances from the load center have shown that the best alternative to transport energy is through High Voltage Direct Current (HVDC) type Voltage Source Converter (VSC). In addition, this type of technology has the ability to independently control the active and reactive power flow of the stations which can be used to improve the stability of the power system. This paper proposes a methodology to statically and dynamically determine the benefits to the stability of the system as a consequence of the contribution of reactive power by the VSC stations. First, a static analysis is performed and proposes a method to determine the best connection point of the wind farm through VSC-HVDC. For this, the benefit in network congestion is characterized as an increase in the loadability margin of the PV curve of the system due to the injection of reactive power by the VSC station. In addition, a trade-off between this benefit and the cost of the HVDC line as a consequence of the different lengths for each alternative is required. So a technical-economic comparison of the connection alternatives allows to select the best connection point of the HVDC-VSC line. Second, in the dynamic analysis a control system is designed for the VSC stations in order to improve the voltage stability of the AC system and wind farm. The control system with voltage support limits the active power of the inverter VSC station and gives priority to the reactive power to keep the voltage within the limits allowed at the time of failure.