Que é a Tecnoloxía de Compensación de Potencia Reactiva as súas Estratexias de Optimización e a súa Significación

1 Visión xeral da tecnoloxía de compensación de potencia reactiva
1.1 Papel da tecnoloxía de compensación de potencia reactiva

A tecnoloxía de compensación de potencia reactiva é unha das técnicas máis utilizadas nos sistemas eléctricos e redes. Empregase principalmente para mellorar o factor de potencia, reducir as perdas na liña, mellorar a calidade do enerxía e aumentar a capacidade e estabilidade de transmisión da rede. Isto asegura que o equipo eléctrico opere nun ambiente máis estable e fiable, mentres tamén aumenta a capacidade da rede para transmitir potencia activa.

1.2 Limitacións da tecnoloxía de compensación de potencia reactiva

Aínda que ampliamente aplicada, a tecnoloxía de compensación de potencia reactiva non é adecuada para todos os escenarios de aplicación. Por exemplo, en sistemas con cargas que varián frecuentemente, a velocidade de conmutación dos dispositivos de compensación pode non estar á altura dos rápidos cambios de carga. Esto pode resultar en unha resposta insuficiente, provocando fluctuacións inestables da tensión na rede.

En determinados casos, o equipo de compensación de potencia reactiva pode xerar correntes e voltaxes harmónicos, que poden afectar adversamente ao sistema de enerxía en xeral e ao equipo conectado. Polo tanto, as cuestións harmónicas deben ser consideradas plenamente durante o deseño e implementación dos esquemas de compensación, e deben adoptarse medidas de supresión apropiadas.

2 Estratexias de optimización para a compensación de potencia reactiva

A tecnoloxía de compensación de potencia reactiva baseada en condensadores proposta neste artigo está implementada dentro dun sistema de compensación completo. O sistema consiste principalmente en tres compoñentes: o controlador principal S751e-JP, a placa de control S751e-VAR (unidade de conmutación de condensadores) e o banco de condensadores de potencia. Entre eles, o controlador principal S751e-JP e a placa de control S751e-VAR operan nunha relación maestro-esclavo.

Durante a operación normal, a placa de control S751e-VAR recibe instrucións do controlador principal S751e-JP e controla asintomaticamente os interruptores compostos internos para conmutar os condensadores de potencia agrupados previamente. O controlador principal S751e-JP é responsable de recopilar e analizar datos de operación en tempo real do sistema de enerxía. Utilizando software e algoritmos integrados, calcula a cantidade necesaria de compensación de potencia reactiva, e despois converte esta información en sinais compatibles coa placa de control S751e-VAR. Ao recibir a orde, a placa de control executa as operacións de conmutación segundo a lóxica predefinida, permitindo unha compensación precisa da potencia reactiva no sistema de enerxía.

2.1 Deseño e configuración do equipo de compensación de potencia reactiva
2.1.1 Capacidade de compensación dos condensadores de potencia

Un método de cálculo simplificado é comúnmente usado para estimar a capacidade de compensación dos condensadores de potencia. No entanto, este método ten certas limitacións nas aplicacións prácticas. Polo tanto, neste artigo emprega-se un algoritmo máis detallado e preciso para determinar a compensación necesaria. Primeiro, estabeleceuse o factor de potencia inicial (cosφ) do sistema en condicións sen compensación.

$P$ e $Q$ son os valores de potencia activa e reactiva, respectivamente, cando a rede opera a carga completa;
$\α$ é o factor de carga activa anual medio do sistema de enerxía (ou rede), que xeralmente ronda entre 0,70 e 0,75;
$\β$ é o factor de carga reactiva anual medio do sistema de enerxía (ou rede), xeralmente tomado como 0,76.

Se o sistema de enerxía xa está en operación normal, pódense usar datos históricos de consumo de enerxía para o cálculo. Neste caso:

onde:
W_m é o consumo medio mensual de enerxía activa do sistema de enerxía;
W_rm é o consumo medio mensual de enerxía reactiva do sistema de enerxía.

Baseándose no factor de potencia obxectivo mencionado, a capacidade real de compensación do condensador de potencia pode determinarse utilizando a seguinte fórmula:

2.1.2 Métodos de conexión dos bancos de condensadores de potencia

Durante a operación normal do sistema de enerxía, os bancos de condensadores de potencia xeralmente empregan dous métodos de conexión básicos: conexión delta (Δ) e conexión Y (estrela). Ademais, dependendo da localización dos dispositivos de conmutación no circuito, tamén poden clasificarse como configuracións de conmutación interna ou externa.

A conexión delta permite unha compensación rápida e simultánea en tres fases, reducindo eficazmente a duración do desequilibrio na liña e mellorando a eficiencia da compensación. No entanto, xeralmente só é adecuada para sistemas con cargas trifásicas relativamente equilibradas e non pode lograr unha compensación precisa da rede.

A conexión Y permite unha compensación independente e precisa para cada fase do banco de condensadores. No entanto, pode levar a sobretensión ou subtensión en unha fase e xeralmente implica custos de implementación máis altos.

Por tanto, neste artigo propónse un enfoque híbrido que combina as vantaxes de ambos os métodos de conexión, axustando o número e a capacidade dos grupos de condensadores segundo as condicións reais de carga.

2.1.3 Configuración de agrupación dos condensadores de potencia

A configuración de agrupación dos condensadores de potencia xeralmente inclúe esquemas de capacidade igual e desigual.

Na agrupación de capacidade igual, o banco total de condensadores divide-se en grupos de capacidade idéntica, sendo o número de grupos determinado segundo a capacidade total necesaria. Este método ofrece un montaxe simple e unha lóxica de control de conmutación directa. No entanto, debido a menos grupos e capacidades individuais maiores, resulta en pasos de compensación grosseiros, facendo difícil unha compensación precisa. A conmutación frecuente tamén pode acelerar o desgaste do equipo e aumentar os custos de manutención.

Na agrupación de capacidade desigual, as capacidades dos condensadores distribúense segundo unha razón predefinida (por exemplo, 1∶2∶4∶8). Este enfoque proporciona unha maior precisión e flexibilidade, permitindo unha regulación fina da potencia reactiva. No entanto, implica un deseño de sistema e unha lóxica de control complexos, limitando a escalabilidade. Ademais, os condensadores de menor capacidade poden experimentar operacións de conmutación excesivas, afectando a fiabilidade a longo prazo.

Despois dunha avaliación comprehensiva, neste artigo adóptase o método de agrupación de capacidade igual. No entanto, a capacidade do grupo de compensación común é lixeiramente maior que a do grupo de compensación trifásica. Esta configuración apoia mellor as operacións de conmutación cíclica, mellora a precisión e a rapidez de resposta da compensación, e reduce a complexidade do control. Tamén acorta o ciclo de compensación e melhora a eficiencia global.

2.2 Optimización da estratexia de compensación de potencia reactiva

Unha estratexia de compensación de potencia reactiva ben deseñada asegura unha compensación eficaz baixo varias condicións de operación. Durante a operación normal do sistema, o estado en tempo real do sistema de compensación pode dividirse en zonas—como a zona de conmutación, a zona estable e a zona de desconexión—segundo parámetros como a potencia activa e reactiva.

A optimización da estratexia de compensación é un aspecto crítico do deseño do sistema, influindo directamente no rendemento da compensación. As estratexias de control de parámetro único tradicionais centranse só en unha variable, facéndoas inadequadas para manejar condicións complexas ou dinámicas. Isto adoita levar a sobrecompensacións ou conmutacións excesivas, aumentando os custos de operación e manutención.

Polo tanto, neste artigo emprega-se unha estratexia de control composto de múltiples parámetros. Un parámetro úsase como criterio de decisión principal, mentres que varios outros actúan como factores auxiliares. O sistema evalúa múltiples parámetros simultaneamente, realiza cálculos comprehensivos para determinar as necesidades de conmutación e executa as accións de conmutación en consecuencia, mellorando a precisión e estabilidade do control.

2.3 Operación e manutención do equipo de compensación

Para mellorar a estabilidade e resistencia a interrupcións do equipo de compensación, debe implementarse un sistema de protección por software integrado. Isto asegura que o dispositivo poida operar normalmente ou desconectar de forma segura baixo varias condicións anómalas, mellorando así a fiabilidade e seguridade operativa.

Ademais, os técnicos profesionais deben realizar regularmente comisionamentos de instalación e inspeccións para identificar posibles perigos de seguridade no equipo e realizar refuerzos oportunamente.

Os sistemas de compensación de potencia reactiva xeralmente están equipados con funcións de protección como a proteción contra sobrecorrente, sobretensión e subtensión. Para asegurar que estas proteccións respondan correctamente a fallos, é necesario realizar probas regulares do seu rendemento operativo. Ademais, debe implementarse a proteción contra sobrecorrente e temperatura para detectar anomalias rapidamente e evitar a escalada de fallos.