Foi fornecido um banco de compensação e filtragem H5+H7 com uma capacidade total de 7500 kvar para realizar a mitigação de harmônicos e a compensação de potência reativa em uma única solução.
Desde o comissionamento, os harmônicos dominantes de 5ª e 7ª ordens têm sido efetivamente filtrados: o aquecimento dos equipamentos é reduzido, a interferência no controle industrial é atenuada, a rede opera de forma mais estável, a vida útil dos equipamentos é prolongada, e as perdas e os custos de energia elétrica caíram em paralelo.
| Item | Detalhes |
|---|---|
| Nome do projeto | Projeto de melhoria da qualidade de energia de 35 kV do sistema de armazenamento de energia Dadi em Angola |
| Tipo de projeto | Retrofit de qualidade de energia de 35 kV |
| Cenário de aplicação | Usina de armazenamento de energia (conexão concentrada de cargas não lineares como PCS) |
| Principais problemas | Poluição por harmônicos de 5ª e 7ª ordens; risco de amplificação de harmônicos e sobretensão de ressonância |
| Solução central | Banco de compensação e filtragem H5+H7, capacidade total de 7500 kvar |
| Conceito de projeto | Filtragem no nível da fonte, proteção de equipamentos, compensação de potência reativa (três em um) |
| Normas aplicáveis | IEEE 519-2022 (limites), IEC 61000-3-6 (avaliação), GB/T 14549-1993 (referência) |
| Principais resultados | Harmônicos de 5ª/7ª ordens filtrados efetivamente; maior fator de potência; menor elevação de temperatura dos equipamentos; redução do consumo de energia e custos de eletricidade |
Este projeto consiste na modernização da qualidade de energia de 35 kV anexada à usina de armazenamento de energia Dadi em Angola, com foco na melhoria abrangente da qualidade de energia da barra de alta tensão. Dispositivos no local, como inversores PCS, são cargas não lineares densamente concentradas e de alta harmônica — um cenário típico de alta intensidade de fontes harmônicas, onde a poluição harmônica restringe diretamente a eficiência da produção e a qualidade do produto, tornando a mitigação da qualidade de energia uma necessidade urgente.
Com a construção em larga escala de usinas de armazenamento de energia, a poluição harmônica causada pela conexão concentrada de equipamentos de eletrônica de potência, como os PCS, está se tornando cada vez mais proeminente:
Os inversores PCS no local são cargas não lineares típicas que produzem corrente harmônica dominada pelas ordens 5ª e 7ª. A corrente harmônica é amplificada várias vezes nos capacitores de compensação de potência reativa, intensificando a perda dielétrica e o aquecimento dos equipamentos, e representa ainda um risco de sobretensão de ressonância com a indutância do sistema. A situação da qualidade de energia na rede era severa.
| Categoria do problema | Sintomas típicos | Dimensão do impacto |
|---|---|---|
| Danos ao equipamento | A amplificação da corrente harmônica e a sobretensão de ressonância ameaçam a segurança de capacitores e transformadores; aumento da taxa de falha de equipamentos | Equipamento |
| Perda de produção | O superaquecimento de equipamentos e a operação incorreta da proteção interrompem a produção, restringindo a produção contínua e a capacidade | Produção |
| Segurança elétrica | A distorção harmônica faz com que os dispositivos de proteção operem incorretamente ou falhem em operar, ampliando o escopo do incidente | Segurança |
| Aumento do custo de energia | Perdas harmônicas adicionais aumentam as perdas de linhas e equipamentos; o fator de potência cai; as contas de eletricidade aumentam | Economia |
| Rejeições de QC | A interferência harmônica causa desvio de medição e anomalias no controle de processo; a taxa de rejeição de QC do produto aumenta | Qualidade da produção |
| Falha de operação de precisão | Os harmônicos perturbam o controle industrial e equipamentos de precisão, causando operação incorreta e dados anormais | Segurança da produção |
Os harmônicos restringem a operação do projeto em quatro dimensões — produção, equipamento, segurança e economia:
| Dimensão | Impacto principal |
|---|---|
| Produção | Eficiência de produção e qualidade do produto comprometidas; capacidade restrita |
| Equipamento | Envelhecimento acelerado dos equipamentos; vida útil reduzida |
| Segurança | Maior risco de mau funcionamento/não funcionamento da proteção; riscos de segurança mais amplos |
| Economia | Maiores perdas nas linhas e equipamentos; aumento dos custos operacionais |
Seguindo um conceito de design três em um de "filtração no nível da fonte, proteção de equipamentos, compensação de potência reativa", foi fornecida uma solução completa e integrada de mitigação da qualidade da energia:
A solução configura um banco de filtros e compensação H5+H7 com uma capacidade total de 7500 kvar. Configuração principal:
| Subsistema | Descrição da configuração |
|---|---|
| Ramos de filtro | Ramos de filtro sintonizados H5 e H7, sintonizados na 5ª e 7ª frequências harmônicas, respectivamente, cobrindo as harmônicas dominantes no sistema |
| Banco de capacitores | Fornece compensação de potência reativa na frequência da rede enquanto filtra as harmônicas |
| Dispositivo de manobra | Equipamento de manobra a vácuo imerso em óleo com supressão de re-ignição, combinado com reatores limitadores de corrente e manobra no ponto de onda |
| Proteção e monitoramento | Proteção contra sobretensão, sobrecorrente e sobretemperatura com monitoramento do estado de operação; ramos defeituosos isolados de forma confiável sob condições anormais |
| Conexão | Conexão em derivação à barra de 35 kV |
| Tecnologia principal | Princípio técnico | Valor da aplicação |
|---|---|---|
| Filtragem sintonizada | Explora a relação entre reatância capacitiva e frequência (Xc = 1/(2πfC)); ramos L-C sintonizados nas frequências da 5ª e 7ª harmônicas | Absorve a corrente harmônica localmente, quebrando o ciclo vicioso de "absorção de baixa impedância — aquecimento em alta frequência — amplificação por ressonância — envelhecimento do isolamento" |
| Proteção contra ressonância | Projeto de proteção dessintonizada aplicado | Previne a ressonância paralela entre os ramos do filtro e a impedância do sistema, protegendo os capacitores e o isolamento do sistema |
| Proteção de equipamentos | Após a filtragem, o estresse de corrente do capacitor e o aumento de temperatura permanecem controlados; as perdas adicionais do transformador e o aumento de temperatura diminuem | Evita a redução de capacidade dos equipamentos e prolonga a vida útil dos equipamentos |
| Segurança de chaveamento | Chaveamento a vácuo imerso em óleo com supressão de re-ignição, combinado com reatores limitadores de corrente e fechamento no ponto de onda | Garante que todo o processo de chaveamento frequente esteja livre de sobretensão de re-ignição e impacto de corrente de irrupção |
| Compensação reativa | Os ramos do filtro são capacitivos na frequência da rede, elevando o fator de potência em paralelo | Reduz as perdas na linha e no transformador, economizando custos de energia elétrica |
| Proteção & monitoramento | Proteção contra sobretensão, sobrecorrente e sobretemperatura com monitoramento de status on-line | Ramos com defeito isolados de forma confiável sob condições anormais, garantindo a segurança do sistema |
O projeto foi implementado em cinco etapas: "levantamento no local → projeto da solução → produção em fábrica e testes de rotina → instalação e comissionamento no local → aceitação e comissionamento":
| Fase | Conteúdo do trabalho |
|---|---|
| 1. Levantamento no local | Levantamento das condições harmônicas e confirmação do ponto de conexão concluídos |
| 2. Projeto da solução | Cálculo dos parâmetros do ramo do filtro e seleção de equipamentos concluídos |
| 3. Produção em fábrica & testes de rotina | Produção, montagem e testes de rotina concluídos para garantir a qualidade do equipamento |
| 4. Instalação & comissionamento no local | Instalação e comissionamento concluídos; testes conjuntos verificaram os resultados da mitigação |
| 5. Aceite & comissionamento | Comissionado para operação formal após o aceite |
Com a instalação do banco de compensação com filtro H5+H7 de 7500 kvar, a qualidade da energia do sistema foi fundamentalmente melhorada. A comparação é a seguinte:
| Indicador | Antes (estado atual) | Depois | Melhoria/resultado |
|---|---|---|---|
| Distorção harmônica total de tensão (THDu) | 7% ~ 10% (substancialmente excedido) | < 3% | Atende aos requisitos da IEEE 519-2022 e GB/T 14549-1993 (limite de 3% para 35 kV) |
| Conteúdo de corrente harmônica de 5ª ordem | 20% ~ 26% | < 4% | Substancialmente reduzido |
| Conteúdo de corrente harmônica de 7ª ordem | 12% ~ 16% | < 3% | Forte supressão |
| Fator de potência (FP) | 0.80 ~ 0.86 (altamente variável) | ≥ 0.95 | Conformidade estável |
| Elevação de temperatura dos capacitores e equipamentos | Claramente elevada | Retorno à faixa normal | Melhoria evidente |
| Taxa de falhas do equipamento | Alta, manutenção frequente | Substancialmente reduzida | Melhoria evidente |
| Resultado | Melhoria |
|---|---|
| Mitigação de harmônicos | 5ª e 7ª harmônicas dominantes efetivamente filtradas; corrente harmônica significativamente reduzida |
| Compensação reativa | Fator de potência elevado; compensação efetiva desde o início |
| Proteção de segurança | Perigos de sobrecorrente harmônica e sobretensão de ressonância eliminados |
| Condição do equipamento | Condições de operação do capacitor e do transformador claramente melhoradas |
| Dimensão de valor | Valor entregue |
|---|---|
| Garantia de produção | Eficiência de produção e qualidade do produto salvaguardadas; capacidade entregue de forma estável |
| Investimento em equipamentos | Maior vida útil dos equipamentos; menores custos de manutenção e substituição |
| Retorno econômico | Fator de potência melhorado; menores custos de energia elétrica e perdas; retorno do investimento bem definido |
| Segurança & confiabilidade | Operação da rede mais estável; riscos de segurança elétrica significativamente reduzidos |
Este projeto fornece um modelo de engenharia replicável para a mitigação da qualidade de energia no cenário de armazenamento de energia:
À medida que a demanda pela mitigação da qualidade de energia em armazenamento de energia, energia renovável e aplicações industriais continua a crescer, continuaremos a:
Centrado em um banco de compensação e filtragem H5+H7 de 7500 kvar, o projeto de qualidade de energia de 35 kV do Armazenamento de Energia Dadi em Angola resolveu sistematicamente a poluição harmônica causada por cargas não lineares, como os PCS, ao mesmo tempo em que fornece compensação reativa e proteção de equipamentos — tornando a rede mais estável, os equipamentos mais duráveis e a conta de energia mais econômica.
Continuaremos a fornecer aos clientes globais soluções completas para qualidade de energia e segurança de equipamentos elétricos, apoiadas por soluções técnicas profissionais e equipamentos integrados confiáveis.
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