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ALTA TENSIÓN EN CORRIENTE CONTINUA (HVDC)
Durante años la transmisión de alta de tensión se ha realizado por medio de líneas de transmisión en corriente alterna (HVAC). Uno de los principales motivos por los que se imponía la utilización de dicha tecnología frente a la transmisión en corriente continua, fue debido a que estaban más desarrolladas las técnicas de fabricación de transformadores y motores de inducción, componentes indispensables en la distribución y generación de energía.
Entre los inconvenientes que presenta la utilización de líneas de transmisión en corriente alterna se encuentran los efectos ambientales, ya que los conductores generan campos electromagnéticos. Otros de los inconvenientes están relacionados con las instalación de las torres necesarias para transportar y sostener el cableado y las limitaciones en la distancia máxima que puede haber entre torre y torre.
Gracias a todas estas limitaciones diferentes empresas, universidades y gobiernos, han desarrollado planes de investigación, desarrollo e implementación de diferentes métodos de transporte de energía, tal como el HVDC. Aunque dicha tecnología, fue estudiada incluso antes que las líneas de transmisión convencionales (corriente alterna), no fueron implementadas, debido a que la tecnología necesaria para su aprovechamiento, en el momento, no estaba lo suficientemente desarrollada, por lo que los sistemas HVDC eran más costosos que los de transmisión en alterna.
Los avances que se han producido en la electrónica de potencia de las últimas décadas, han permitido que los sistemas de HVDC sean hoy una realidad. Actualmente en el mundo existen más de 90 proyectos que implementan sistemas HVDC, sumando más de 70 GW de potencia total instalada.
1. Una línea de transmisión aérea con tecnología HVDC puede ser diseñada de tal forma que su coste sea inferior, por unidad de longitud, en comparación con una línea HVAC, de la misma potencia.
2. La capacidad de implementar sistemas HVDC con líneas subterráneos o submarinas, permite en muchos casos, acortar distancias y por ende, costos.
3. Los sistemas de HVDC permiten longitudes de las líneas de transmisión del orden de los 600 km mientras que las de HVAC se encuentran por el orden de los 50 km.
4. La capacidad de interconectar redes eléctricas asíncronas, es una de las ventajas que presenta esta tecnología.
5.1
COMPONENTES DE UN SISTEMA HVDC
A continuación se presenta una imagen ilustrativa de un sistema HVDC.
Figura 5.1. Componentes de un sistema HVDC.
Los sistemas HVDC cuenta con dos convertidores de potencia, (uno en cada uno de los extremos de la red), inductancias de línea, filtros de AC a la salida de cada convertidor y cables conductores que comunican la estaciones.
Las características de cada uno de estos componentes dependen del tipo de tecnología implementada en la construcción del sistema HVDC.
5.2
TECNOLOGIAS
Los sistemas de HVDC se dividen, principalmente, entre la tecnología convencional o HVDC Classic y la tecnología VSC-HVDC.
5.2.1
HVDC Classic
La tecnología convencional HVDC tiene como característica principal que sus convertidores de potencia se basan en semiconductores tales como los tiristores o SCR.
La desventaja de este tipo de semiconductores es que estos solo permiten controlar el encendido, no su corte, por lo cual es posible únicamente controlar la potencia activa y no la reactiva.
Entre sus ventajas se encuentra la capacidad de manejar muy altas potencias, del orden los 6-7 GW con altos niveles de tensión, 800 kV aproximadamente.
5.2.2
VSC-HVDC
El segundo tipo de tecnología HVDC está basada en convertidores de potencia con topología VSC o Voltage Source Converter con semiconductores de potencia del tipo IGBT.
Aunque este tipo de tecnología no maneja valores de potencia tan altos como la clásica (su potencia se encuentra en el orden de 1 GW con una tensión de aproximadamente 300 kV), posee características especiales que la hacen atractiva a la hora de su implementación:
• Capacidad de conmutar a altas frecuencias, permitiendo obtener una
• No es necesario implementar dispositivos electrónicos independientes
para asistir la conmutación de los semiconductores del convertidor (necesarios en la tecnología clásica basada en tiristores).
• Debido a que la conmutación de los convertidores se realiza sin
necesidad de la referencia de tensión de la red eléctrica (como en HVDC Classic), los VSC-HVDC pueden modular señales de tensión trifásicas como si fueran un generador (Black Start), aun cuando la red eléctrica de AC haya tenido fallos.
• La integración con redes de AC permite aumentar su estabilidad y la
capacidad de transmisión.
Todas estas características hacen que la implementación de tecnologías VSC-HVDC, resulten atractivas a la hora de mejorar la calidad en la potencia y la estabilidad de la red eléctrica, realizar enlaces con redes pasivas sin generación local (o débiles) y la interconexión entre líneas de transmisión de alterna ya existentes (síncronas o asíncronas).
No obstante, cabe resaltar las limitaciones que tienen este tipo de equipos:
• Altas perdidas, debidas principalmente a las altas frecuencias de
conmutación de los dispositivos que componen sus convertidores.
• Problemas de interferencia electromagnética y compatibilidad
electromagnética (EMI/EMC), debidas a las altas frecuencias de conmutación.
• Los cables implementados en este tipo de aplicaciones deben tener
características especiales, que los hagan menos vulnerables a las faltas en la línea de transmisión.
De forma general podemos ver que los sistemas de transmisión basados en VSC-HVDC nos permiten, además de transmitir gran cantidad de energía, controlar sus
La tecnología VSC-HVDC implementada industrialmente se puede dividir en dos tipos diferentes, según la empresa fabricante HVDC Light y HVDC Plus.
HVDC Light: Es la nomenclatura dada por la empresa ABB para su tecnología basada en IGBT’S con topología VSC de dos niveles.
HVDC Plus (Power Link Universal Systems): Es por su parte el nombre comercial de la tecnología de alta potencia para HVDC de la empresa SIEMENS. La característica principal con respecto a la tecnología utilizada por su competencia (ABB), es que sus convertidores (VSC) están basados en topología multinivel.
A continuación, Tabla 5.1, se presenta una comparativa entre las dos tecnologías, HVDC Classic y VSC-HVDC.
Características HVDC Classic VSC-HVDC
Rango de Potencia [GW] 06-07 1
Semiconductores Tiristores-SCR IGBT
Tipo de Cables Mass Impregnated Paper Oil/Paper Polietileno reticulado (XLPE)
Control Potencia Activa Si Si
Control Potencia Reactiva No Si
Potencia Inversa sin
Interrupciones No Si
Perdidas Típicas 0.8% 1.6%
