Línea de transmisión en baja frecuencia (LFAC) para energía eólica proveniente de La Guajira

Abstract

El presente proyecto propone una línea de transmisión en baja frecuencia (LFAC) de 500 kV y 18 Hz entre las subestaciones Colectora 1 y La Loma, con el fin de mejorar la evacuación de energía eólica desde La Guajira hacia el interior del país. Esta solución responde a la creciente congestión y problemas de estabilidad en la red de 500 kV del Sistema Interconectado Nacional (SIN), y permite aumentar la capacidad de transferencia de potencia frente a un sistema HVAC convencional. El trazado de la línea se realizó con metodología EPRI-GTC en ArcGIS, obteniendo una longitud de 234,4 km. Se seleccionó un conductor tipo AAAC Darién, y se diseñó un sistema de conversión AC/AC utilizando un convertidor modular multinivel (MMMC), dimensionando inductores, capacitores e interruptores IGCT ABB. El control implementado es Grid Following en el lado de 60 Hz y Grid Forming con control droop en 18 Hz. Las simulaciones en Simulink y ATPDraw validaron el sistema en escenarios como: comparación de pérdidas con HVAC, carga escalonada, operación en modo STATCOM y análisis de flujo reverso de potencia. Además, se evaluaron curvas P–δ y P–V para analizar estabilidad y controlabilidad. Los resultados mostraron que LFAC permite una mayor capacidad de transferencia, mejora la estabilidad del voltaje y ofrece un control dinámico eficaz. Este diseño aporta una solución innovadora y replicable para la expansión de la red en Colombia.

This project proposes a low-frequency (LFAC) 500 kV, 18 Hz transmission line between the Colectora 1 and La Loma substations to improve the evacuation of wind energy from La Guajira to inland Colombia. This solution addresses growing congestion and stability issues in the 500 kV National Interconnected System (SIN), enabling higher power transfer capacity compared to a conventional HVAC system. The line route was defined using the EPRI-GTC methodology in ArcGIS, resulting in a total length of 234.4 km. An AAAC Darién conductor was selected, and an AC/AC conversion system was designed using a Modular Multilevel Matrix Converter (MMMC), including the sizing of inductors, capacitors, and ABB IGCT switches. The control strategies implemented were Grid Following on the 60 Hz side and Grid Forming with droop control on the 18 Hz side. Simulations in Simulink and ATPDraw validated the system under scenarios such as: HVAC loss comparison, stepped load variations, STATCOM operation mode, and reverse power flow analysis. Additionally, P–δ and P–V curves were assessed to analyze voltage stability and system controllability. Results demonstrated that LFAC increases transfer capacity, improves voltage stability, and provides effective dynamic control. The design offers an innovative and replicable solution for future grid expansion in Colombia.