MML-HVDC-WIND: Integración de Fuentes de Energía Renovables y Control de Flujos de Potencia en Redes HVDC mediante Convertidores Modulares Multi-Nivel

Hipersectores

Áreas de investigación

Fecha Inicio:  01/01/2015

Fecha Fin:  31/12/2018

Referencia: DPI2014-53245-R-AR

Entidad financiadora: Proyecto Retos I+D+I. Plan Estatal de Investigación Científica y Técnica y de Innovación 2013-2016. Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades

Participantes ai2: Blasco Giménez, Ramón

Las previsiones de la asociación de operadores de sistemas eléctricos europeos (ENTSO-E) incluyen la instalación a medio y largo plazo de redes de continua de alta tensión (HVDC) malladas para integrar las grandes plantas eólicas previstas en el Mar del Norte y en otros puntos de Europa. Estas redes también facilitarán la integración de los distintos mercados eléctricos y aumentarán la seguridad del sistema.

El desarrollo de redes HVDC malladas es citado explícitamente como un objetivo en el Horizonte 2020 de la Unión Europea, dentro del reto “Energía limpia, segura y sostenible”.

Uno de los principales retos técnicos en redes HVDC malladas es el control de flujos de potencia, ya que, generalmente, no existen suficientes grados de libertad (estaciones convertidoras) para fijar los flujos de potencia libremente en todas las líneas. Este problema concreto ha sido señalado por CIGRE como uno de los retos tecnológicos a resolver para la construcción de redes HVDC.

Este reto se puede solucionar mediante el uso de convertidores DC-DC, siendo la tecnología basada en convertidores Modulares Multinivel (MML) la actualmente preferida para la construcción de convertidores fuente de tensión en los niveles de tensión (>100kV) y potencia (>300MW) considerados.

Sin embargo, los convertidores DC-DC MML actualmente propuestos para control de flujos de potencia son excesivamente complejos o requieren transformadores de alta potencia, alta tensión y alta frecuencia. Este tipo de topologías no son realistas para sistemas de alta potencia, ya que hacen prácticamente imposible la coordinación del aislamiento y refrigeración, o bien, presentan pérdidas relativamente grandes debido al uso del transformador de alta frecuencia (que, además, todavía no está desarrollado comercialmente para los niveles de tensión y potencia requeridos).

Por lo tanto, el objetivo principal de este proyecto es el desarrollo y validación de nuevos convertidores DC-DC y AC-DC-DC basados en tecnología MML para el control de flujos de potencia en redes malladas HVDC con alta penetración de energía eólica.

Cabe destacar que, dada la novedad de las topologías desarrolladas, se dedicará un esfuerzo especial al desarrollo de las nuevas estrategias de conmutación y control necesarias de los convertidores, así como a su integración en redes HVDC malladas (control de tensiones, corrientes y flujos de potencia, respuesta ante faltas, etc). También se considerarán en detalle aspectos tecnológicos, tales como configuración de las celdas, el dimensionado de componentes pasivos y la eficiencia del convertidor.

La viabilidad de los convertidores propuestos se verificará mediante la construcción de equipos de potencia reducida, así como con la realización de simulaciones detalladas de su funcionamiento en redes malladas HVDC con gran penetración eólica.

Los objetivos específicos son:

  • Desarrollo de nuevos convertidores MML DC-DC para el control de flujos de potencia en redes HVDC malladas, incluyendo su control.
  • Desarrollo de nuevos convertidores MML AC-DC-DC para el control de flujos de potencia en redes HVDC malladas, incluyendo su control.
  • Validación de los convertidores desarrollados en condiciones realistas.

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