Integración híbrida multipunto en el sistema eléctrico de grandes parques eólicos marinos a través de redes de alta tensión en continua.

Zusammenfassung

Debido a los objetivos recientes de generación de energía a través de fuentes renovables, se ha producido un aumento de la potencia eólica de los parques marinos, tanto instalada como en proyecto. Estas instalaciones están localizadas en zonas geográficas particularmente favorables, como las del Mar del Norte, debido a la proximidad de la costa y la escasa profundidad de sus aguas. La evacuación de la energía de los parques eólicos marinos a las redes de transporte se convierte en un reto tecnológico buscando instalaciones fiables y robustas. Para distancias a la costa de más de 60 km, la opción más económica ha resultado ser las líneas de alta tensión en continua (HVDC). La opción que cuenta con más experiencia son los convertidores conmutados por red (LCC), aunque actualmente ganan terreno los convertidores de conmutación forzada, controlados por fuente de tensión (VSC). Pero éstas no son las únicas alternativas. Considerando los aerogeneradores que conforman el parque eólico y su conexión al enlace HVDC de forma conjunta, se pueden establecer estrategias de control que permitan el uso de otros tipos de convertidores, como son los rectificadores no-controlados con puentes de diodos (DR). Algunas de las ventajas del uso de este tipo de convertidor son la disminución en las pérdidas de conducción, la reducción en los costes de instalación y el aumento en la fiabilidad. Esta solución teórica verá pronto la luz en el mercado de la mano de la empresa SIEMENS, quien ya ha anunciado que las primeras unidades se pondrán a la venta en el año 2016. Las redes HVDC se están haciendo cada vez más extensas y es necesaria la interconexión de más de dos puntos surgiendo de forma natural los sistemas multipunto, más flexibles y fiables. Las instalaciones actualmente diseñadas están utilizando convertidores VSC. No obstante si se pretende extender estas redes conectándolas con puntos ya en servicio es necesario considerar los sistemas multipunto híbridos, donde convivan varias tecnologías. En la presente tesis se propone un sistema híbrido HVDC-DR-VSC para el conexionado de plantas eólicas marinas (enlace punto-a-punto), así como el conexionado de estaciones HVDC-DR a redes HVDC multipunto. Para ello se han descrito y modelado los componentes de ambos sistemas y se han propuesto estrategias de control para su correcto funcionamiento, tanto en régimen permanente como transitorio. También se han propuesto protecciones contra cortocircuitos, tanto en la red marina como en la red terrestre de transporte, o en el enlace HVDC. Los modelos y las estrategias de control se han validado mediante simulación con PSCAD y con los correspondientes análisis de estabilidad en pequeña señal. Tras todos los estudios realizados se puede concluir que el sistema multipunto híbrido propuesto es robusto y estable, capaz de integrarse en las redes de transporte ofreciendo funciones de soporte y posibilitando una reducción en los costes de las instalaciones eólicas marinas tradicionales. En el reparto de las corrientes entre los convertidores VSC que controlan la tensión continua se han utilizado criterios de optimización que minimizan las pérdidas en los cables submarinos. El cálculo se ha extendido al caso de una red de n terminales, tanto para la configuración radial como mallada. En el caso radial el control mantiene el reparto óptimo sin necesidad de comunicaciones entre los terminales, aún cambiando el punto de funcionamiento. Los resultados obtenidos utilizando aerogeneradores con máquina síncrona de imanes permanentes se pueden extender a aerogeneradores de velocidad variable con convertidores de plena potencia, los denominados Tipo 4.