HVDC

HVDC

HVDC, por sus siglas en ingles significa Alto Voltaje de Corriente Continua (High Voltage Direct Current). El primer enlace en HVDC se realizó el año  de 1954, por lo que se considera a la HVDC como una tecnología consolidada, aunque en continua evolución tanto por la electrónica de potencia como por las mejoras tecnológicas de los cables extruidos.

Por otra parte existe HVAC, por sus siglas en ingles significa Alto Voltaje de Corriente Alterna (High Voltage Alternating Current). Para poder saber cuál elegir hay que tomar en cuenta la viabilidad técnica de realizar el enlace con cada una de las tecnologías.

La potencia del sistema HVDC se mantiene prácticamente independiente de la distancia, mientras con HVAC la capacidad de transmisión disminuye con la longitud de las líneas, debido a sus efectos inductivos.

Desde el punto medioambiental las líneas HVDC se caracterizan por:

Necesidad de un pasillo (corredor de paso) menor para líneas aéreas HVDC con la misma transmisión de potencia y con torres más simples, por lo que el impacto visuales también inferior.

Los campos eléctricos y magnéticos generados por una línea HVDC son estáticos y del mismo orden de magnitud que los generados por la Tierra de forma natura.

La generación de ozono por efecto corona es del mismo orden de magnitud que el generado en procesos naturales

Existen ocasiones donde el HVDC es fundamental, por ejemplo:

La transmisión de energía utilizando cables submarinos está limitada a cortas distancias en el caso HVAC (~130 km en la actualidad) debido a la alta capacidad dieléctrica de los cables, por lo que la tecnología HVDC permite la conexión de sistemas aislados (estaciones petrolíferas, parques eólicos en alta mar, sistemas insulares, etc.) a los sistemas continentales, independientemente de la distancia.

Transporte de energía mediante líneas subterráneas HVDC a zonas congestionadas donde es imposible la instalación de generación.

Cuando es necesario tener control total del flujo de potencias activa y reactiva.

Componentes de un sistema HVDC

La energía utilizando HVDC, es necesario convertirla de AC a DC para posteriormente realizar la transformación inversa, de DC a AC. Los principales elementos en este doble proceso son:

Convertidores AC/DC (rectificadores) y DC/AC (inversores).

Transformadores de conversión.

Líneas de transporte.

Filtros AC y DC.

Estaciones de conversión

Los convertidores tienen como objeto la transformación entre corriente alterna y continua a ambos lados de la transmisión. En el paso de AC a DC interesa conseguir una entrada con el mayor número de fases posible, puesto que esto permite entregar a la salida una señal continua prácticamente plana (mínimo rizado), antes de conectar un filtro.

Los convertidores clásicos es la utilización de tiristores o SCR (Silicon-Controlled Rectifiers).Este tipo de control permite regular a voluntad la potencia activa, pero no la reactiva, que depende solamente de la potencia activa entregada.

Los tiristores utilizados actualmente en HVDC se caracterizan por:

Tensión de bloqueo hasta 8 kV.

Intensidad máxima de 4 kA.

Señal de puerta óptica. Tecnología LTT (Light Triggered Thyristor) o ETT (Electrical-Triggered Thyristor).

La utilización de la tecnología LTT permite el disparo de un tiristor mediante una señal óptica de aproximadamente 40 mW, lo que elimina parte de la electrónica de control y mejora el aislamiento y el nivel de protección. La tecnología ETT, controlada por una señal eléctrica, tiene un consumo del circuito de control de unos 10 W.

Transformadores de conversión

La función de los transformadores es convertir la tensión alterna de las líneas de entrada en la tensión alterna de entrada a los convertidores HVAC/HVDC.

Habitualmente se instalan dos grupos de transformadores (convertidor de 12 pulsos) desfasados 30 o 150 grados eléctricos (esquemas Yy0 e Yd5).

Filtros

Debido al alto contenido de armónicos generados en el convertidor, es necesaria la instalación de filtros tanto en el lado de AC como en el de DC.

Filtros AC:

Los filtros en el lado AC de la estación de conversión se encargan de absorber los armónicos generados por el convertidor y de proporcionar una parte de la potencia reactiva que necesita el convertidor.

Filtros DC:

Estos filtros se instalan en el lado DC para reducir el componente AC de la señal continua que se desea obtener (reducción del rizado). Básicamente son filtros pasa-bajos que, al igual que los instalados en el lado AC.

Líneas de transporte

De los 70.000 MW de capacidad de transmisión HVDC instalados, un 12% aproximadamente corresponden a cables subterráneos/submarinos (~8.000 MW) y un 88% corresponden a líneas aéreas (~62.000 MW)

Líneas aéreas:

Las líneas aéreas de un sistema HVDC presentan una serie de ventajas importantes respecto a las aéreas HVAC. Una de ellas es el tamaño de las torres. Si bien la distancia entre líneas debida a la tensión es superior en HVDC.

Líneas subterráneas y submarinas 

Tipos de conexión

Monopolar:

Utiliza solamente un conductor para transmitir la energía eléctrica. El retorno se realiza mediante electrodos conectados a las estaciones de conversión, que hacen las funciones de ánodo y cátodo.

Algunos sistemas monopolares incluyen un retorno metálico cuando no es posible realizarlo mediante electrodos conectados a tierra (normalmente por cuestiones medioambientales) o cuando las pérdidas son demasiado importantes.

Bipolar:

Se utiliza cuando se supera la capacidad de un enlace monopolar. Además, proporciona mayor fiabilidad al sistema, ya que puede utilizarse como monopolar en caso de que uno de los polos quede fuera de servicio pudiendo transmitir, en función de los criterios de explotación, más de un 50% de la potencia total.

Configuración de sistemas

Back-to-back:

Se utiliza para conectar dos sistemas asíncronos o de diferente frecuencia muy cercanos. No necesita línea de transmisión entre los equipos rectificadores e inversores, ya que se encuentran en la misma instalación.

Punto a punto:

Ésta es la configuración más habitual en HVDC. Se utiliza para conectar dos subestaciones cuando la conexión HVDC es más rentable que la HVAC o cuando la solución HVDC es la única viable técnicamente.

Multiterminal:

Se da cuando se conectan tres o más subestaciones a un sistema HVDC. La conexión puede ser:

Paralela: todas las subestaciones están conectadas a la misma tensión.

Serie: las subestaciones se conectan en serie, y a cada una llega una tensión diferente

Mixta: es una combinación de los sistemas anteriores.

Unitario:

En esta configuración, el rectificador se conecta directamente al generador. La energía es generada directamente en DC. Este sistema se utiliza con generadores hidráulicos y eólicos asíncronos