¿Qué son los HEchos y por qué se necesitan en los sistemas de energía?
FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System) se refiere a un sistema basado en electrónica de potencia que utiliza dispositivos estáticos para mejorar la capacidad de transferencia de potencia y la controlabilidad de las redes de transmisión de corriente alterna.
Estos dispositivos electrónicos de potencia se integran en las redes convencionales de CA para aumentar los principales indicadores de rendimiento, incluyendo:
Antes de la aparición de los interruptores electrónicos de potencia, problemas como el desequilibrio de potencia reactiva y la estabilidad se abordaban utilizando interruptores mecánicos para conectar capacitores, reactores o generadores síncronos. Sin embargo, los interruptores mecánicos tenían desventajas críticas: tiempos de respuesta lentos, desgaste mecánico y poca fiabilidad, lo que limitaba su eficacia en la optimización de la controlabilidad y estabilidad de las líneas de transmisión.
El desarrollo de interruptores electrónicos de potencia de alta tensión (por ejemplo, tiristores) permitió la creación de controladores FACTS, revolucionando la gestión de las redes de CA.
¿Por qué son necesarios los dispositivos FACTS en los sistemas de potencia?
Un sistema de potencia estable requiere una coordinación precisa entre la generación y la demanda. A medida que la demanda de electricidad crece, maximizar la eficiencia de todos los componentes de la red se vuelve esencial, y los dispositivos FACTS juegan un papel clave en esta optimización.
La potencia eléctrica se clasifica en tres tipos: potencia activa (potencia útil/verdadera para el uso final), potencia reactiva (causada por elementos de almacenamiento de energía en las cargas) y potencia aparente (suma vectorial de la potencia activa y reactiva). La potencia reactiva, que puede ser inductiva o capacitiva, debe estar equilibrada para evitar que fluya a través de las líneas de transmisión, ya que la potencia reactiva no controlada reduce la capacidad de la red para transmitir potencia activa.
Las técnicas de compensación (para equilibrar la potencia reactiva inductiva y capacitiva suministrándola o absorbiéndola) son, por tanto, críticas. Estas técnicas mejoran la calidad de la potencia y aumentan la eficiencia de transmisión.
Tipos de Técnicas de Compensación
Las técnicas de compensación se clasifican según cómo se conecten los dispositivos al sistema de potencia:
1. Compensación en Serie
En la compensación en serie, los dispositivos FACTS se conectan en serie con la red de transmisión. Estos dispositivos actúan típicamente como impedancias variables (por ejemplo, capacitores o inductores), siendo los capacitores en serie los más comunes.
Este método se utiliza ampliamente en líneas de transmisión de VEH (Muy Alta Tensión) y UHV (Ultra Alta Tensión) para mejorar significativamente su capacidad de transferencia de potencia.
La capacidad de transferencia de potencia de una línea de transmisión sin utilizar un dispositivo de compensación;
Donde,
V1 = Tensión en el extremo de envío
V2 = Tensión en el extremo de recepción
XL = Reactancia inductiva de la línea de transmisión
δ = Ángulo de fase entre V1 y V2
P = Potencia transferida por fase
Ahora, conectamos un capacitor en serie con la línea de transmisión. La reactancia capacitiva de este capacitor es XC. Por lo tanto, la reactancia total es XL-XC. Con un dispositivo de compensación, la capacidad de transferencia de potencia se da por;
El factor k se conoce como el factor de compensación o grado de compensación. Generalmente, el valor de k se encuentra entre 0.4 y 0.7. Supongamos que el valor de k es 0.5.
Así, es evidente que el uso de dispositivos de compensación en serie puede aumentar la capacidad de transferencia de potencia aproximadamente en un 50%. Cuando se utilizan capacitores en serie, el ángulo de fase (δ) entre la tensión y la corriente es menor en comparación con una línea no compensada. Un valor menor de δ mejora la estabilidad del sistema, lo que significa que, para el mismo volumen de transferencia de potencia y parámetros idénticos en los extremos de envío y recepción, una línea compensada ofrece una estabilidad significativamente mejor que una línea no compensada.
Compensación en Paralelo
En una línea de transmisión de alta tensión, la magnitud de la tensión en el extremo de recepción depende de la condición de carga. La capacitancia desempeña un papel importante en la línea de transmisión de alta tensión.
Cuando una línea de transmisión está cargada, la carga requiere potencia reactiva, que inicialmente se suministra por la capacitancia inherente de la línea. Sin embargo, cuando la carga supera la SIL (Carga de Impedancia de Sobretensión), la mayor demanda de potencia reactiva lleva a un descenso significativo de la tensión en el extremo de recepción.
Para abordar esto, se conectan bancos de capacitores en paralelo con la línea de transmisión en el extremo de recepción. Estos bancos suministran la potencia reactiva adicional necesaria, mitigando efectivamente el descenso de tensión en el extremo de recepción.
Un aumento en la capacitancia de la línea lleva a un incremento en la tensión en el extremo de recepción.
Cuando una línea de transmisión está poco cargada (es decir, la carga está por debajo de la SIL), la demanda de potencia reactiva es menor que la potencia reactiva generada por la capacitancia de la línea. En este escenario, la tensión en el extremo de recepción se vuelve mayor que la tensión en el extremo de envío, un fenómeno conocido como el efecto Ferranti.
Para prevenir esto, se conectan reactores en paralelo con la línea de transmisión en el extremo de recepción. Estos reactores absorben la potencia reactiva excedente de la línea, asegurando que la tensión en el extremo de recepción permanezca en su valor nominal.
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