Què és la Tecnologia de Compensació de Potència Reactiva les seves Estratègies d'Optimització i la seva Importància
1 Panorama de la Tecnologia de Compensació de Potència Reactiva
1.1 Rol de la Tecnologia de Compensació de Potència Reactiva
La tecnologia de compensació de potència reactiva és una de les tècniques més utilitzades en sistemes elèctrics i xarxes d'energia. Es fa servir principalment per millorar el factor de potència, reduir les pèrdues en línia, augmentar la qualitat de l'energia i incrementar la capacitat i estabilitat de transmissió de la xarxa. Això assegura que l'equipament elèctric operi en un entorn més estable i fiable, mentre també s'incrementa la capacitat de la xarxa per transmetre potència activa.
1.2 Limitacions de la Tecnologia de Compensació de Potència Reactiva
Tot i que es fa un ús ampli, la tecnologia de compensació de potència reactiva no és adequada per a tots els escenaris d'aplicació. Per exemple, en sistemes amb càrregues que varien sovint, la velocitat de commutació dels dispositius de compensació pot no arribar a endinsar-se amb els canvis ràpids de càrrega. Això pot resultar en una resposta inadequada, provocant fluctuacions de tensió inestables a la xarxa.
En alguns casos, l'equipament de compensació de potència reactiva pot generar corrents i tensions harmòniques, que poden afectar negativament el sistema elèctric global i l'equipament connectat. Per tant, cal considerar plenament les qüestions harmòniques durant el disseny i la implementació de les esquemes de compensació, i adoptar mesures de supressió adequades.
2 Estratègies d'Optimització per a la Compensació de Potència Reactiva
La tecnologia de compensació de potència reactiva basada en condensadors de potència proposada en aquest document s'implementa dins d'un sistema complet de compensació. El sistema consta principalment de tres components: el controlador principal S751e-JP, la placa de control S751e-VAR (unitat d'execució de commutació de condensadors) i el banc de condensadors de potència. D'aquests, el controlador principal S751e-JP i la placa de control S751e-VAR funcionen en una relació maestro-esclau.
Durant l'operació normal, la placa de control S751e-VAR rep instruccions del controlador principal S751e-JP i controla els interruptors compostos interns per commutar els condensadors de potència preagrupats. El controlador principal S751e-JP és responsable de recopilar i analitzar les dades operatives en temps real del sistema elèctric. Utilitzant el programari i algoritmes integrats, calcula la quantitat necessària de compensació de potència reactiva, després converteix aquesta informació en senyals compatibles amb la placa de control S751e-VAR. Un cop rebuda la comanda, la placa de control executa les operacions de commutació segons la lògica preestablerta, permetent una compensació precisa de la potència reactiva del sistema elèctric.
2.1 Disseny i Configuració de l'Equipament de Compensació de Potència Reactiva
2.1.1 Capacitat de Compensació dels Condensadors de Potència
Es fa servir habitualment un mètode de càlcul simplificat per estimar la capacitat de compensació dels condensadors de potència. No obstant això, aquest mètode té certes limitacions en aplicacions pràctiques. Per tant, aquest document adopta un algoritme més detallat i precís per determinar la compensació requerida. Primer, s'estableix el factor de potència inicial (cosφ) del sistema en condicions sense compensar.
i són els valors de potència activa i reactiva, respectivament, quan la xarxa opera a ple càrrega;
és el factor mitjà anual de càrrega activa del sistema elèctric (o xarxa), típicament compres entre 0,70 i 0,75;
és el factor mitjà anual de càrrega reactiva del sistema elèctric (o xarxa), generalment agafat com 0,76.
Si el sistema elèctric ja està en funcionament normal, es poden utilitzar dades històriques de consum d'electricitat per al càlcul. En aquest cas:
on:
Wm és el consum mitjà mensual d'energia activa del sistema elèctric;
Wrm és el consum mitjà mensual d'energia reactiva del sistema elèctric.
Basant-nos en el factor de potència objectiu mencionat anteriorment, es pot determinar la capacitat de compensació real del condensador de potència utilitzant la següent fórmula:
2.1.2 Mètodes de Connexió dels Bancs de Condensadors de Potència
Durant l'operació normal del sistema elèctric, els bancs de condensadors de potència solen utilitzar dos mètodes bàsics de connexió: la connexió delta (Δ) i la connexió Y (estrella). Addicionalment, depenent de la ubicació dels dispositius de commutació dins del circuit, es poden classificar com a configuracions de commutació interna o externa.
La connexió delta permet una compensació tri-fàsica ràpida i simultània, reduint eficientment la durada de la desequilibració de línia i millorant l'eficiència de la compensació. No obstant això, és generalment adequada només per a sistemes amb càrregues tri-fàsiques relativament equilibrades i no pot assolir una compensació precisa de la xarxa.
La connexió Y permet una compensació independent i precisa per a cada fase del banc de condensadors. No obstant això, pot conduir a sub-tensions o sobre-tensions en una fase i generalment implica costos d'implementació més elevats.
Per tant, aquest document proposa un enfocament híbrid que combina les avantatges de tots dos mètodes de connexió, ajustant el nombre i la capacitat dels grups de condensadors segons les condicions de càrrega reals.
2.1.3 Configuració de Grupació dels Condensadors de Potència
La configuració de grupació dels condensadors de potència generalment inclou esquemes de capacitat igual i desigual.
En la grupació de capacitat igual, el banc total de condensadors es divideix en grups de capacitat idèntica, amb el nombre de grups determinat en base a la capacitat total requerida. Aquest mètode ofereix una montatge simple i una lògica de control de commutació directa. No obstant això, degut a menys grups i capacitats individuals més grans, resulta en passos de compensació groseros, dificultant la compensació precisa. La commutació freqüent també pot accelerar l'usura de l'equipament i augmentar els costos de manteniment.
En la grupació de capacitat desigual, les capacitats dels condensadors es distribueixen segons una raó predefinida (per exemple, 1∶2∶4∶8). Aquest enfocament proporciona una major precisió i flexibilitat en la compensació, permetent un ajust fin de la regulació de potència reactiva. No obstant això, implica un disseny de sistema i una lògic de control complexos, limitant la seva escalabilitat. A més, els condensadors de menor capacitat poden experimentar operacions de commutació excessives, afectant la fiabilitat a llarg termini.
Després d'una avaluació completa, aquest document adopta el mètode de grupació de capacitat igual. No obstant això, la capacitat del grup de compensació comú és lleugerament més gran que la del grup de compensació trifàsica. Aquesta configuració suporta millor les operacions de commutació cíclica, millora tant la precisió de la compensació com la velocitat de resposta, i redueix la complexitat del control. També acurta el cicle de compensació i augmenta l'eficiència global.
2.2 Optimització de la Estratègia de Compensació de Potència Reactiva
Una estratègia de compensació de potència reactiva ben dissenyada assegura una compensació efectiva en diverses condicions d'operació. Durant l'operació normal del sistema, l'estat en temps real del sistema de compensació es pot dividir en zones, com ara la zona de commutació, la zona estable i la zona de descomutació, basant-se en paràmetres com la potència activa i reactiva.
L'optimització de la estratègia de compensació és un aspecte crític del disseny del sistema, que influeix directament en el rendiment de la compensació. Les estratègies de control de paràmetre únic tradicionals es centren només en una variable, fent-les inadequades per gestionar condicions complexes o dinàmiques. Això sovint porta a sobrecòmpensacions o commutacions excessives, augmentant els costos operatius i de manteniment.
Per tant, aquest document utilitza una estratègia de control composta de múltiples paràmetres. Un paràmetre s'utilitza com a criteri de decisió principal, mentre que diversos altres serveixen com a factors auxiliars. El sistema avaluï simultàniament múltiples paràmetres, realitza càlculs comprehensius per determinar les necessitats de commutació i executa les accions de commutació en conseqüència, millorant la precisió i la estabilitat del control.
2.3 Operació i Manteniment de l'Equipament de Compensació
Per millorar la estabilitat i la resistència a interferències de l'equipament de compensació, s'hauria d'implementar un sistema de protecció de programari integrat. Això assegura que el dispositiu pugui funcionar normalment o desconectar-se de manera segura en diverses condicions anòmales, millorant la fiabilitat i seguretat operativa.
A més, tècnics professionals haurien de realitzar regularment la comissió d'instal·lació i inspeccions per identificar possibles perillosos de seguretat dins de l'equipament i realitzar refuerços oportuns.
Els sistemes de compensació de potència reactiva solen estar equipats amb funcions de protecció com la sobrecorrent, la sobretensió i la subtensió. Per assegurar que aquestes proteccions responguin correctament a les fallades, és necessari realitzar proves regulars del seu rendiment operatiu. A més, s'hauria d'implementar protecció de sobrecorrent i temperatura per detectar irregularitats promptament i prevenir l'escalada de fallades.
