Solução de Mitigação Harmónica para Centrais Eléctricas de Energia Nova: Gestão Abrangente de Harmónicas de Alta Frequência em Centrais Fotovoltaicas
Ⅰ. Cenário do Problema
Injeção de harmônicas de alta frequência a partir de clusters de inversores de plantas fotovoltaicas
Durante a operação de grandes centrais fotovoltaicas, múltiplos inversores em paralelo geram harmônicas de larga faixa na gama de 150-2500Hz (principalmente as 23ª até a 49ª harmônicas), levando aos seguintes problemas no lado da rede:
- Distorção Harmônica Total de Corrente (THDi) atingindo 12,3%, significativamente excedendo os limites estabelecidos pelo padrão IEEE 519-2014.
- Causando sobrecarga, superaquecimento e mal funcionamento dos dispositivos de proteção dos bancos de capacitores.
- Aumento da Interferência Eletromagnética (EMI) afetando equipamentos sensíveis nas proximidades.
II. Solução Central
Adoção de uma topologia de filtro passivo LC, construindo circuitos eficientes de absorção de harmônicas utilizando reatores personalizados + bancos de capacitores.
- Seleção de Equipamentos Chave
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Tipo de Equipamento |
Modelo/Especificação |
Função Principal |
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Reator Seco de Núcleo de Ferro em Série |
Tipo CKSC (Design Personalizado) |
Fornece reatância indutiva precisa, suprimindo harmônicas de alta frequência. |
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Banco de Capacitores de Filtro |
Tipo BSMJ (Seleção Combinada) |
Ressonam com reatores para absorver bandas específicas de harmônicas. |
- Projeto de Parâmetros Técnicos
Indutância do Reator: 0,5mH ±5% (@frequência fundamental de 50Hz)
Fator de Qualidade (Q): >50 (Assegura filtragem de alta frequência com baixas perdas)
Classe de Isolamento: Classe H (Temperatura de resistência a longo prazo 180°C)
Configuração da Razão de Reatância: 5,5% (Otimizada para a banda de alta frequência 23ª-49ª)
Estrutura Topológica: Conexão Delta (Δ) (Aumenta a capacidade de desvio de harmônicas de ordem superior) - Pontos Chave do Design do Sistema de Filtro
Cálculo da Frequência Ressonante:
f_res = 1/(2π√(L·C)) = 2110Hz
Cobre precisamente a banda de frequência alvo (150-2500Hz), alcançando a absorção local de harmônicas de alta frequência.
III. Validação da Efetividade da Mitigação de EMC
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Indicador |
Antes da Mitigação |
Após a Mitigação |
Limite Padrão |
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THDi |
12,3% |
3,8% |
≤5% (IEEE 519) |
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Distorção Harmônica Individual |
Até 8,2% |
≤1,5% |
Conforme GB/T 14549 |
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Aumento de Temperatura do Capacitor |
75K |
45K |
Conforme IEC 60831 |
IV. Vantagens da Implementação Engenhosa
- Filtragem de Alta Eficiência:
O design com razão de reatância de 5,5% suprime especificamente harmônicas acima da 23ª ordem, fornecendo um aumento de 40% na resposta de alta frequência em comparação com esquemas tradicionais de 7%. - Segurança e Confiabilidade:
O sistema de isolamento Classe H garante a operação estável do equipamento em ambientes externos que variam de -40°C a +65°C. - Otimização de Custos:
O design de baixas perdas (Q > 50) resulta em consumo adicional de energia do sistema de < 0,3% da potência de saída.
V. Recomendações de Implementação
- Local de Instalação: Barramento de baixa tensão da subestação de coleta de 35kV.
- Configuração: Cada banco de capacitores de 2Mvar conectado em série com 10 reatores CKSC (comutação automática baseada em grupos).
- Requisito de Monitoramento: Instalar um analisador de harmônicas online para rastrear alterações de THDi em tempo real.
Valor da Solução: Resolve efetivamente a poluição por harmônicas de alta frequência em estações de energia renovável, prolonga a vida útil dos capacitores em mais de 37% e evita a redução da produção de energia fotovoltaica devido a penalidades por violação de harmônicas.
