¿Cómo puede el control armónico y la compensación de potencia reactiva para mejorar la estabilidad del sistema de energía?

Entre los numerosos desafíos de calidad de potencia que enfrentan los sistemas de energía modernos, la contaminación armónica y la potencia reactiva insuficiente son los dos problemas centrales que afectan más severamente la operación estable de la red de energía. En este artículo, Geyue Electric, desde la perspectiva profesional de un fabricante de equipos de compensación de potencia reactiva de bajo voltaje, exploraremos profundamente el mecanismo de trabajo colaborativo entre la tecnología de control armónico y los sistemas de compensación de potencia reactiva. También analizaremos a fondo cómo este mecanismo de colaboración mejora la estabilidad del sistema de energía y elaborará sistemáticamente las ventajas técnicas y el valor de la aplicación de la nueva solución integral a través de casos de práctica de ingeniería.

Desafíos para la estabilidad de los sistemas de energía

Con la mejora continua de los niveles de automatización industrial y la expansión de escala sostenida de la nueva generación de energía energética, los sistemas de energía modernos se enfrentan actualmente a desafíos sin precedentes en términos de calidad de energía. La aplicación generalizada de cargas no lineales ha llevado a una contaminación armónica cada vez más severa en la red eléctrica, mientras que el aumento de las cargas inductivas ha provocado que la demanda de energía reactiva siga aumentando. Estos dos problemas interactúan entre sí, amenazando conjuntamente la operación segura y estable del sistema de energía.

En el campo de producción industrial, las cargas no lineales, como el equipo de accionamiento de frecuencia variable, los dispositivos rectificadores y los hornos de arco eléctrico, generan una gran cantidad de corriente armónica. Estos componentes de corriente de alta frecuencia no solo causan que el equipo eléctrico se sobrecaliente y mal funcione, sino que también pueden desencadenar la resonancia de la red, lo que lleva a acciones incorrectas de dispositivos de protección. Al mismo tiempo, la potencia reactiva consumida por equipos inductivos como motores y transformadores conducirá a una disminución en el factor de potencia, un aumento en las pérdidas de línea y un aumento en las fluctuaciones de voltaje.

Lo que es más complicado es que el problema armónico y el problema de poder reactivo a menudo se entrelazan entre sí. Los condensadores de compensación de potencia reactiva tradicional son propensos a sobrecargar el daño en un entorno armónico, mientras que los dispositivos de filtrado pasivo no pueden satisfacer la demanda de compensación de potencia reactiva dinámica. Esta relación mutuamente restrictiva dificulta que una solución de gobernanza única logre el efecto deseado; Por lo tanto, se debe adoptar una ruta técnica de optimización colaborativa.

El mecanismo de interacción entre los problemas de potencia armónica y reactiva

La propagación de las corrientes armónicas en el sistema de energía afecta significativamente el rendimiento de los dispositivos de compensación de potencia reactiva. Cuando hay grandes componentes armónicos en la red eléctrica, los condensadores de derivación pueden experimentar la amplificación armónica. Esto ocurre porque los condensadores pueden formar circuitos resonantes paralelos con inductancia del sistema a frecuencias armónicas específicas, lo que lleva a una amplificación de voltaje anormal en áreas localizadas. Este efecto resonante no solo acelera el envejecimiento del dieléctrico del condensador, sino que en casos severos, también puede conducir a la descomposición del aislamiento del equipo.

Por otro lado, las fluctuaciones en la potencia reactiva también afectan la efectividad del control armónico. Cuando la escasez de energía reactiva en el sistema es significativa, el voltaje de la cuadrícula experimentará fluctuaciones notables. Estos cambios de voltaje alterarán los puntos de funcionamiento de las cargas no lineales, afectando así sus características de emisión armónica. Especialmente en el caso de las cargas inductivas, los rápidos cambios en la demanda de energía reactiva a menudo van acompañados de fluctuaciones drásticas en el espectro armónico, que impone mayores demandas sobre la respuesta dinámica de los equipos de control armónico.

En la práctica de la ingeniería, se ha encontrado que aunque los dispositivos de filtrado pasivo pueden filtrar armónicos específicos, introducirán una compensación de potencia reactiva adicional, lo que puede conducir a una excesiva compensación en el sistema. Además, el dispositivo tradicional de compensación de potencia reactiva de tipo TSC, que utiliza el modo de conmutación de tiristores, tiene dificultades para cumplir con los requisitos de compensación dinámica de los sistemas de energía modernos debido a su velocidad de respuesta lenta. Estas limitaciones técnicas nos llevan a buscar soluciones de gobernanza colaborativa más avanzadas.

El principio y el plan de implementación de la tecnología de gobernanza colaborativa

La aplicación combinada deFiltros de potencia activos (APFS)yGeneradores VAR estáticos (SVG)Representa la tecnología de control colaborativa más avanzada en la actualidad. El filtro de potencia activo emplea la tecnología de conversión electrónica de potencia y, mediante la detección en tiempo real de la corriente armónica de la carga, genera una corriente de compensación que es opuesta a ella, logrando la eliminación armónica. Su ventaja central radica en la capacidad de compensar simultáneamente todas las frecuencias armónicas y no verse afectado por los cambios en la impedancia del sistema.

El generador VAR estático, como una nueva generación de dispositivo de compensación de potencia reactiva dinámica, puede generar rápidamente la corriente reactiva requerida a través de un inversor de tipo voltaje. En comparación con el dispositivo TSC tradicional, el SVG tiene ventajas técnicas, como la velocidad de respuesta rápida, la alta precisión de la compensación y el amplio rango operativo. Más importante aún, el SVG no resonará con el sistema y aún puede funcionar de manera confiable en un entorno armónico.

La integración de APF y SVG en la misma plataforma permite la construcción de un sistema completo de gestión de calidad de potencia. Este sistema logra un control coordinado a través de un controlador digital de alta velocidad unificado, asegurando tanto la efectividad de la compensación armónica como la regulación precisa de la potencia reactiva. En aplicaciones de ingeniería práctica, esta solución es particularmente adecuada para entornos industriales con contaminación armónica severa y fluctuaciones de energía reactiva frecuentes, como fábricas de acero, talleres de soldadura, plantas de fabricación de semiconductores, etc.

Análisis de casos de aplicación de ingeniería

El proyecto de mejora de la calidad de la potencia en el taller de recubrimiento de una gran empresa de fabricación de automóviles es un caso de aplicación típico de tecnología de gobernanza colaborativa. Este taller está equipado con una gran cantidad de dispositivos de accionamiento de frecuencia variable. La distorsión armónica total medida de la corriente alcanza el 18%, y debido al uso centralizado de motores asincrónicos, el factor de potencia promedio es de solo 0.72. La solución tradicional, que emplea filtros LC discretos y gabinetes de compensación de TSC, no solo ocupa un área grande sino que también se encuentra con frecuencia con problemas de resonancia.

El proyecto de renovación adopta un sistema APF + SVG integrado, integrando el control armónico y las funciones de compensación de potencia reactiva en una plataforma unificada. Después de poner en funcionamiento el sistema, la velocidad de distorsión armónica actual disminuyó por debajo de 4, y el factor de potencia permaneció por encima de 0.95. Los datos medidos mostraron que el consumo general de energía del sistema disminuyó en un 15%, la tasa de falla del equipo disminuyó en un 40%y se lograron beneficios económicos significativos.

Otro caso típico es el proyecto para mejorar la calidad de potencia conectada a la red de una determinada estación de energía fotovoltaica. Durante el proceso de generación de energía, el inversor fotovoltaico generará ondas armónicas específicas, y durante la operación nocturna, habrá un problema de transmisión inversa de potencia reactiva. El proyecto adoptó un dispositivo SVG con capacidad de compensación bidireccional, combinada con un módulo de filtro activo, para lograr las funciones duales de control armónico y regulación de energía reactiva, cumpliendo efectivamente los requisitos de conexión de la red de la compañía de red eléctrica.

Tendencias y perspectivas de desarrollo tecnológico

Con el avance continuo de la tecnología de electrónica de potencia y el desarrollo de algoritmos de control inteligentes, la tecnología colaborativa para la mitigación armónica y la compensación de potencia reactiva está evolucionando hacia un mayor rendimiento y una mayor inteligencia. La introducción de la tecnología de inteligencia artificial permite que los dispositivos de compensación aprendan de forma autónoma las características de carga, predicen las tendencias armónicas y logre el control de compensación preventiva. La aplicación de la tecnología gemela digital permite optimizar los parámetros del sistema en un entorno virtual, reduciendo significativamente el tiempo de depuración en el sitio.

La popularización del concepto de diseño modular ha traído una mayor confiabilidad y flexibilidad al sistema de gobernanza colaborativa. Al combinar unidades de energía estandarizadas, la capacidad del sistema se puede configurar de manera flexible de acuerdo con las necesidades reales, y también es conveniente para la expansión y el mantenimiento posteriores. Este enfoque de diseño es particularmente adecuado para desarrollar empresas con cargas de electricidad constantemente cambiantes.

En el campo de la nueva energía, debido a la naturaleza intermitente de las fuentes de energía intermitentes, como la energía eólica y la potencia fotovoltaica, una nueva generación de sistemas de gobernanza colaborativa está desarrollando algoritmos de respuesta dinámica más rápida. Estos sistemas no solo necesitan manejar problemas comunes de energía armónica y reactiva, sino que también deben poder suavizar las fluctuaciones de energía de la generación de energía renovable y proporcionar los servicios de soporte necesarios para la red eléctrica.

En resumen, la optimización colaborativa del control armónico y la compensación de potencia reactiva es una forma efectiva de mejorar la estabilidad del sistema de energía. A través de la aplicación integrada de filtros de potencia activos y los generadores de energía reactiva estática, la solución de compensación de energía reactiva de bajo voltaje de Geyue Electric puede abordar simultáneamente dos problemas principales de calidad de energía eléctrica: contaminación armónica y potencia reactiva insuficiente. Como fabricante profesional de equipos de compensación de energía reactiva, nuestra compañía, Geyue Electric, continuará promoviendo la innovación tecnológica y desarrollar soluciones de control colaborativas más inteligentes y eficientes para crear un mayor valor para los usuarios y contribuir a la operación segura y estable del sistema de energía. Si desea tener una vista de nuestro catálogo de productos más nuevo, contáctenos a través deinfo@gyele.com.cncomo referencia.