INFORME CUERPO PRINCIPAL PROYECTO : Estudio de Impacto Sistémico de Conexión Ampliación de Central San Lorenzo en 7.3 MW en Barra San Lorenzo 11.5 kV Abril 2014 PARA : ENLASA SA At. Sr. Juan Apablaza Gerente de Operaciones O.T. : Telefónica/e-mail Ing. Hugo Opázo M PhD Jefe de Proyecto Power Electric LTDA 1/16 Estudio Impacto de Conexión de Ampliación de Central San Lorenzo 7.3 MW en la barra San Lorenzo 11.5 kV – Mayo del 2014 A Antecedentes Se estudia el efecto de la conexión, desde el punto de vista técnico, en Abril del año 2014, de la ampliación de la central San Lorenzo consistente en 3 motores de 2.1 MW y 1 motor de 1 MW, a conectar en S/E San Lorenzo 11.5 kV. La ampliación inyectará su potencia de 7.3 MW a través del tranformador existente de 100 MVA de 220/11.5 kV hasta la S/E Diego de Almagro 220 kV. El impacto del proyecto se verifica a través de un análisis estático que considera el cálculo de flujos de potencia, análisis de fallas de generación y líneas de transmisión y regulación de tensión. Lo anterior, se analiza para los casos de demanda alta y baja del Sistema Interconectado Central (SIC). Además, se realiza un análisis dinámico de la respuesta del sistema en torno al generador, para distintas fallas en el sistema de generación, transmisión y consumos. B Bases del estudio Las consideraciones realizadas para la definición de las bases del estudio son: B.1 Sistema de Generación Para el estudio se considera el actual parque de generación de la zona y el resto del SIC, utilizando para ello la modelación disponible al mes de enero del 2014, sobre lo cual se incorporarán las obras de generación hasta la fecha de puesta en servicio de la ampliación de la central San Lorenzo, junio de 2014. B.2 Sistema de Transmisión Se considera la actual topología de la zona y el resto del SIC, sobre lo cual se incorporarán las obras de transmisión hasta Abril de 2014. 2/16 B.3 Recreación de escenarios de estudios Para el estudio se recrearon escenarios de demanda alta y baja del Sistema Interconectado Central correspondientes abril del 2014. Cabe señalar además, que los escenarios de estudio consideraron mínima generación en la zona norte para poder determinar el efecto puro de la ampliación de la central San Lorenzo principalmente en cuanto a los problemas de tensión de la zona norte. Por otra parte, respecto de los problemas de capacidad de transmisión de la zona norte, que principalmete se gatillan por la gran penetración de centrales ERNC en el área, resulta de mínimo impacto dado que la ampliación de la central es de sólo 7,3 MW frente a los actuales y futuros proyectos eólicos y fotovoltaicos en la zona y considerando además que este problema de transmisión será resuelto a través de la implementación de esquemas de desprendimiento de generación sobre las centrales ERNC que se encuentran en etapa de diseño o, al menos en el corto plazo, por el esquema de desprendimiento de generación sobre unidades de Guacolda que se encuentra próximo a su entrada en servicio. Los escenarios bases de demanda alta y baja, corresponden a los siguientes niveles de demanda: Tabla #1. Niveles de Demanda SIC Demanda SIC Escenario MW MVAR 7416 865* Demanda Alta 4734 -290* Demanda Baja *Sólo generación B.4 Fallas de Consumos, Generación y Transmisión Se analiza, estática y dinámicamente, el impacto de la salida de servicio de la ampliación de central San Lorenzo con 3x2.1 MW + 1x1 MW y de las fallas locales de consumos, generación y transmisión que más afectan la zona de conexión del proyecto, las contigencias consideradas son: Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 7.3 MW. Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación. Desconexión de la unidad 1 de la central Guacolda. Desconexión del consumo El Salvador. Desconexión del SVC Plus Diego de Almagro. Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg. Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg. En el caso del estudio estático esta falla consideró la apertura de un circuito entre Maitencillo y Pan de Azúcar. 3/16 B.5 Parámetros de las Nuevas Instalaciones La modelación de cada una de las cuatro unidades correspondientes a la ampliación de central San Lorenzo se realiza de acuerdo a la mejor información disponible al momento de realización del presente estudio y considerando parámetros de unidades similares ya modeladas en el SIC. Los parámetros de las nuevas unidades de San Lorenzo utilizadas son los mostrados en la Tabla #2. Respecto a los modelos de los reguladores dinámicos, para las unidades #1 y #2 ya en servicio, se utilizan controladores equivalentes a la central San Francisco de Mostazal. Para modelar los controladores de las unidades correspondientes a la ampliación de San Lorenzo se utilizan los mismos controladores que las unidades #1 y #2, aunque para efectos del presente estudio, dichos controladores serán puestos fuera de servicio para tener la condición más exigente para la interconexión y si en esta condición no se presentan problemas de estabilidad o incumplimiento de la norma técnica, se podrá concluir adecuadamente que la incorporación de las unidades no deteriora la seguridad ni calidad de servicio. En caso que se presenten problemas de inestabilidad u otros en el SIC como consecuencia de la conexión, se considerará lo anterior para efectos de ajustar los controladores reales que se implementen en las unidades. 4/16 Tabla #2.- Parámetros de las Unidades Ampliacion San Lorenzo U3-5 U6 Pot. Nominal MVA 2,2 1,1 Voltaje nominal kV 11,5 11,5 0,98 0,95 YN YN Power Factor Connection Tag[Pgn] s 4,444445 6,666 H[Pgn] s 2,222222 3,333 Mechanical Damping p.u. 0 0 rstr p.u. 0 0,01 xl p.u. 0 0 xrl p.u. 0 0 xd p.u. 3,74 2,99 xq p.u. 2,24 1,413 0 0 Type Td' s 0,24 0,01334448 Tq' s 0 0 Td0' s 3,160563 0,19 Tq0' s 0 0 Td'' s 0,022 0,02 Tq'' s 0,00533027 0,00265393 Td0'' s 0,04221622 0,03 Tq0'' s 0,06489021 0,03 xd' p.u. 0,284 0,21 xq' p.u. 0,3 0,3 xd'' p.u. 0,148 0,14 xq'' p.u. 0,184 No Saturation 0,125 No Saturation SG10 p.u. 0 0 SG12 p.u. 0 0 Smoothing factor % 10 10 x0 p.u. 0,035 0,01 r0 p.u. 0 0 x2 p.u. 0,166 0,13 r2 p.u. 0 0 Main Flux Sat. B.6 Niveles de Cortocircuito 5/16 Se determinan los niveles de cortocircuito trifásico, bifásico, bifásico a tierra y monofásico en las siguientes barras de la zona de estudio: Bornes unidades central San Lorenzo (barra 11,5 kV) S/E San Lorenzo 220 kV Diego de Almagro 220 kV y 110 kV Carrera Pinto 220 kV Cardones 220 kV y 110 kV Maitencillo 220 kV y 110 kV Estos niveles de cortocircuito se determinan para los casos de demanda baja, demanda alta y plena generación (con todas las unidades de generación despachadas, con y sin proyecto) en el SIC. Los cortocircuitos se determinan con factor de tensión 1,1 y según método IEC. La Figura #1 presenta un diagrama unilineal de la zona de estudio. Figura #1.- Uniineal Zona de Interés 6/16 C Resumen de Resultados Estudios Estático y Dinámico C.1 Niveles de cortocircuitos Se presenta en las Tabla #3 a y #4 un resumen de los cortocircuitos trifásico y monofásico calculados. El detalle de los cálculos de cortocircuitos monofásicos, bifásicos, bifásicos a tierra y monofásicos se muestran en el Anexo VI. a) Demanda Baja Tabla #3. Cortocircuitos Demanda Baja CC Trifásico CC Monofásico Barra Ik" Sk" Ik" Sk" kA MVA kA MVA 43,36 863,74 2,90 19,26 San Lorenzo 11,5 kV 2,28 869,58 2,87 364,32 San Lorenzo 220 kV 2,28 870,01 2,88 365,50 Diego de Almagro 220 kV 2,90 552,10 3,95 250,72 Diego de Almagro 110 kV 2,76 1050,36 2,61 331,26 Carrera Pinto 220 kV 4,29 1633,75 5,57 707,76 Cardones 220 kV 4,51 859,97 5,76 366,04 Cardones 110 kV 7,38 2813,95 8,51 1080,53 Maitencillo 220 kV 5,48 1043,26 6,65 422,25 Maitencillo 110 kV b) Demanda Alta Tabla #4. Cortocircuitos Demanda Alta CC Trifásico Barra Ik" Sk" kA MVA 43,43 865,12 San Lorenzo 11,5 kV 2,29 873,10 San Lorenzo 220 kV 2,29 873,55 Diego de Almagro 220 kV 2,91 555,24 Diego de Almagro 110 kV 2,76 1053,16 Carrera Pinto 220 kV 4,30 1636,89 Cardones 220 kV 4,52 860,90 Cardones 110 kV 7,40 2820,26 Maitencillo 220 kV 5,48 1044,44 Maitencillo 110 kV CC Monofásico Ik" Sk" kA MVA 2,90 19,26 2,87 364,98 2,88 366,17 3,96 251,39 2,61 331,59 5,58 708,69 5,77 366,31 8,52 1082,37 6,65 422,64 c) Plena Generación 7/16 Tabla #5. Cortocircuitos Plena Generación con Proyecto CC Trifásico CC Monofásico Barra Ik" Sk" Ik" Sk" kA MVA kA MVA 56,21 1119,65 2,91 19,31 San Lorenzo 11,5 kV 5,48 2087,01 5,64 716,51 San Lorenzo 220 kV 5,49 2093,88 5,68 722,05 Diego de Almagro 220 kV 7,41 1411,24 8,85 561,86 Diego de Almagro 110 kV 4,94 1881,50 3,61 458,45 Carrera Pinto 220 kV 8,83 3365,34 9,84 1249,65 Cardones 220 kV 6,25 1190,90 7,49 475,47 Cardones 110 kV 10,84 4130,34 11,19 1421,33 Maitencillo 220 kV 7,87 1498,87 8,81 559,69 Maitencillo 110 kV C.2 Flujos Estáticos Los Tabla #6 a #7 muestran los cuadros resumen los niveles de tensión en 220 y 110 kV del troncal entre Diego de Almagro y Maitencillo, y de 11,5 y 220 kV de central San Lorenzo, para operación normal y ante cada contingencia analizada: 8/16 a) Demanda Baja Tabla #6. Resumen de Niveles de Tensiones en pu. Demanda Baja. San Lorenzo 11,5 kV San Lorenzo 220 kV Diego de Almagro 220 kV Diego de Almagro 110 kV Carrera Pinto 220 kV Cardones 220 kV Cardones 110 kV CASO BASE 1.006 1.007 1.007 1.023 1.022 1.025 1.027 1.054 1.038 Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 7,3 MW 1.006 1.007 1.007 1.023 1.021 1.025 1.026 1.054 1.038 Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación 0.000 1.002 1.002 1.018 1.016 1.023 1.023 1.053 1.037 Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg 1.005 1.006 1.006 1.022 1.018 1.019 1.018 1.054 1.039 Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg 1.006 1.007 1.007 1.023 1.021 1.024 1.026 1.051 1.037 Desconexión SVC Plus Diego de Almagro 1.047 1.048 1.048 1.066 1.045 1.030 1.031 1.055 1.040 Desconexión consumo El Salvador 1.083 1.084 1.084 1.120 1.066 1.035 1.037 1.056 1.041 Desconexión unidad Nº1 de central Guacolda 1.006 1.007 1.007 1.023 1.022 1.026 1.027 1.055 1.037 Maitencillo Maitencillo 220 kV 110 kV 9/16 b) Demanda Alta Tabla #7. Resumen de Niveles de Tensiones en pu. Demanda Alta. San Lorenzo 11,5 kV San Lorenzo 220 kV Diego de Almagro 220 kV Diego de Almagro 110 kV Carrera Pinto 220 kV Cardones 220 kV Cardones 110 kV CASO BASE 1.005 1.006 1.006 1.021 1.019 1.022 1.015 1.049 1.033 Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 7,3 MW 1.005 1.006 1.006 1.021 1.019 1.022 1.014 1.049 1.032 Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación 0.000 1.001 1.001 1.016 1.013 1.019 1.010 1.047 1.030 Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg 1.003 1.005 1.005 1.020 1.016 1.016 1.005 1.048 1.033 Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg 1.004 1.006 1.006 1.021 1.019 1.021 1.014 1.047 1.031 Desconexión SVC Plus Diego de Almagro 1.038 1.039 1.039 1.056 1.038 1.026 1.019 1.050 1.034 Desconexión consumo El Salvador 1.074 1.075 1.075 1.109 1.060 1.031 1.025 1.052 1.036 Desconexión unidad Nº1 de central Guacolda 1.005 1.006 1.006 1.021 1.019 1.022 1.014 1.048 1.029 Maitencillo Maitencillo 220 kV 110 kV 10/16 Ante las contingencias analizadas, se observa que la tensión máxima es de 1.120 pu en la barra 110 kV de SE Diego de Almagro originada por la desconexión de la carga de El Salvador en el escenario de demanda baja. Por otra parte, la tensión mínima observada es de 1.001 pu en SE Diego de Almagro 220 kV originada por la desconexión de completa de la central completa San Lorenzo en el escenario de demanda alta. Los cuadros a continuación resumen el porcentaje de variación de tensión en 220 y 110 kV del troncal entre Diego de Almagro y Maitencillo, y de 11,5 y 220 kV de central San Lorenzo, para operación normal y ante cada contingencia analizada con respecto al caso base. De ambos escenarios se observa que la variación máxima positiva de tensión es de 7,7% en SE San Lorenzo 11,5 kV originada por la desconexión del consumo de SE El Salvador en el escenario de demanda baja. Por otra parte, la variación máxima negativa es de -0,92% en SE Cardones 110 kV originada por la salida del circuito 1 Maitencillo – Cardones 220 kV en el escenario de demanda alta. . 11/16 a) Demanda Baja Tabla #8. Resumen de variaciones de tensión ante contingencias, con respecto al caso base. Demanda Baja. San Lorenzo 11,5 kV San Lorenzo 220 kV Diego de Almagro 220 kV Diego de Almagro 110 kV Carrera Pinto 220 kV Cardones 220 kV Cardones 110 kV 1.006 1.007 1.007 1.023 1.022 1.025 1.027 1.054 1.038 Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 7,3 MW 0.016% -0.033% -0.033% -0.035% -0.038% -0.017% -0.032% 0.001% -0.002% Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación -100.0% -0.485% -0.483% -0.508% -0.549% -0.237% -0.373% -0.059% -0.097% Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg -0.129% -0.128% -0.128% -0.134% -0.356% -0.588% -0.815% -0.015% 0.061% Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg -0.022% -0.022% -0.022% -0.023% -0.061% -0.100% -0.092% -0.288% -0.156% Desconexión SVC Plus Diego de Almagro 4.077% 4.041% 4.041% 4.247% 2.269% 0.449% 0.448% 0.154% 0.169% Desconexión consumo El Salvador 7.711% 7.648% 7.649% 9.500% 4.376% 0.914% 1.031% 0.200% 0.239% Desconexión unidad Nº1 de central Guacolda 0.010% 0.010% 0.010% 0.010% 0.027% 0.045% 0.005% 0.147% -0.096% CASO BASE Maitencillo Maitencillo 220 kV 110 kV 12/16 b) Demanda Alta Tabla #9. Resumen de variaciones de tensión ante contingencias, con respecto al caso base. Demanda Alta. San Lorenzo 11,5 kV San Lorenzo 220 kV Diego de Almagro 220 kV Diego de Almagro 110 kV Carrera Pinto 220 kV Cardones 220 kV Cardones 110 kV 1.005 1.006 1.006 1.021 1.019 1.022 1.015 1.049 1.033 Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 7.3 MW 0.014% -0.036% -0.036% -0.037% -0.045% -0.025% -0.041% -0.012% -0.017% Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación -100.0% -0.510% -0.507% -0.528% -0.612% -0.308% -0.465% -0.188% -0.243% Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg -0.137% -0.135% -0.135% -0.141% -0.380% -0.628% -0.920% -0.084% 0.000% Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg -0.016% -0.016% -0.016% -0.017% -0.045% -0.075% -0.071% -0.213% -0.122% Desconexión SVC Plus Diego de Almagro 3.306% 3.277% 3.277% 3.409% 1.842% 0.366% 0.371% 0.125% 0.138% Desconexión consumo El Salvador 6.861% 6.804% 6.804% 8.575% 3.941% 0.878% 1.024% 0.279% 0.329% Desconexión unidad Nº1 de central Guacolda -0.011% -0.011% -0.011% -0.011% -0.030% -0.049% -0.113% -0.111% -0.379% CASO BASE Maitencillo Maitencillo 220 kV 110 kV 13/16 C.3 Simulaciones Dinámicas Las Tablas #10 y #11 muestran los resultados de las simulaciones dinámicas en forma resumida que resaltan el cumplimientode los estándares que establece la Norma Técnica actualmente: a) Demanda Baja Tabla #10. Resumen de Resultados Dinámicos. Demanda Baja. MS Sincronismo Contingencia Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 7,3 MW Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación Desconexión de la unidad 1 de la central Guacolda Desconexión del consumo El Salvador Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg Desconexión SVC Plus Diego de Almagro Factor Comportamiento Tensión Frecuencia Vmín. ≥ 0.7* V>0.8 pu V en ±10% ≤ 120°? Amort. ζ ( ≥ 5% ) en 1s en 20s Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si f ≥ 48.3 Hz f ≥ 50.5 Hz Si Si No Si Si Si No Si Si Si Si No Si Si Si Si Si No Si Si Si Si Si Si No Si Si Si Si Si Si No Si Si Si Si Si Si No ¿Dif. Ang. *Excepto mientras se encuentre presente la falla 14/16 b) Demanda Alta Tabla #11. Resumen de Resultados Dinámicos. Demanda Alta. MS Sincronismo Contingencia Desconexión de la ampliación de central San Lorenzo, con 4x7,5 MW Desconexión completa de la central San Lorenzo a plena generación Desconexión de la unidad 1 de la central Guacolda Desconexión del consumo El Salvador Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Cardones #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg Falla bifásica a tierra en el 50% de la línea de 220 kV Maitencillo – Punta Colorada #1 y posterior apertura de la línea a los 120 mseg Desconexión SVC Plus Diego de Almagro Factor Comportamiento Tensión Frecuencia Vmín. ≥ 0.7* V>0.8 pu V en ±10% ≤ 120°? Amort. ζ ( ≥ 5% ) en 1s en 20s Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si f ≥ 48.3 Hz f ≥ 50.5 Hz Si Si No Si Si Si No Si Si Si Si No Si Si Si Si Si No Si Si Si Si Si Si No Si Si Si Si Si Si No Si Si Si Si Si Si No ¿Dif. Ang. *Excepto mientras se encuentre presente la falla D Anexos En los Anexos se muestra el detalle de los resultados obtenidos en el presente estudio: Anexo I Flujos Estaticos Demanda Baja Anexo II Flujos Estaticos Demanda Alta Anexo III Simulaciones Dinámicas Demanda Baja Anexo IV Comparativos Flujos Estaticos Demanda Alta Anexo V Comparativos Flujos Estaticos Demanda Baja Anexo VI Simulaciones Dinámicas Demanda Alta Anexo VII Cuadro Resumen Simulaciones Dinámicas Anexo VIII Detalle de Cortocircuitos 15/16 E Conclusiones Los resultados de los estudios estáticos y dinámicos muestran que no se producen sobrecargas, problemas de regulación de tensión en las barras de la zona norte ni variaciones inaceptables en los niveles de tensión en la zona del proyecto, ni inestabilidades ni incumplimiento de la normativa técnica vigente en el sistema, ante la conexión de la ampliación de central San Lorenzo con 7,3 MW, bajo los escenarios y consideraciones realizadas en este estudio. Con la incorporación de las nuevas instalaciones, ante contingencias, se observó una tensión máxima de 1.12 pu en la barra 110 kV de SE Diego de Almagro originada por la desconexión de la carga de El Salvador en el escenario de demanda baja (se debe señalar que los efectos en el SIC de esta contingencia son similares con o sin la ampliación de San Lorenzo en servicio, por lo tanto no pueden ser atribuidas a este proyecto). Por otra parte, la tensión mínima observada es de 1.001 pu en SE Diego de Almagro 220 kV originada por la desconexión de completa de la central completa San Lorenzo en el escenario de demanda alta. Cabe señalar además, que los escenarios de estudio consideraron mínima generación en la zona norte para poder determinar el efecto puro de la ampliación de la central San Lorenzo principalmente en cuanto a los problemas de tensión de la zona norte. Por otra parte, respecto de los problemas de capacidad de transmisión de la zona norte, que principalmete se gatillan por la gran penetración de centrales ERNC en el área, resulta de mínimo impacto dado que la ampliación de la central es de sólo 7,3 MW frente a los actuales y futuros proyectos eólicos y fotovoltaicos en la zona y considerando además que este problema de transmisión será resuelto a través de la implementación de esquemas de desprendimiento de generación sobre las centrales ERNC que se encuentran en etapa de diseño o, al menos en el corto plazo, por el esquema de desprendimiento de generación sobre unidades de Guacolda que se encuentra próximo a su entrada en servicio. Por lo tanto, los estudios realizados para el mes de Abril de 2014, muestran que es factible técnicamente la interconexión de la ampliación de central San Lorenzo con un total de 7,3 MW a través de la configuración analizada, sin que produzca efectos adversos para la calidad y seguridad de servicio de la zona a la que se conecta la central y del resto de las instalaciones del SIC existentes. 16/16