Quins papers juga l'SVG en la compensació de potència reactiva dels sistemes elèctrics?

Com funciona l'SVG: principi operatiu fonamental i control reactiu del corrent

Els generadors estàtics de potència reactiva, coneguts habitualment com a SVG, funcionen de manera diferent respecte als mètodes tradicionals en la gestió de la potència reactiva. Aquests dispositius es basen en components semiconductors anomenats IGBT per generar o absorbir corrent reactiu (mesurat en VAR) sense cap peça mecànica en moviment. La manera com ho fan és, de fet, prou enginyosa. Generen corrents elèctrics oposats mitjançant una tècnica anomenada modulació per amplada d’impulsos. Quan hi ha una càrrega inductiva que provoca un desfase, l'SVG injecta un corrent capacitiu per equilibrar la situació. En canvi, davant de càrregues capacitives, que causen tipus diferents de problemes, fa exactament el contrari. Tot aquest procés té lloc a una velocitat increïble, permetent que els sistemes s’apropin al factor de potència ideal en només una fracció de segon.

Inversió de font de tensió basada en IGBT per a la generació instantània de VAR

La innovació fonamental és l’arquitectura del convertidor de font de tensió amb IGBT. L’interruptió ràpida de la tensió del bus de CC mitjançant parells d’IGBT antiparal·lels genera formes d’ona de CA trifàsica amb una precisió de 90° desfasades respecte a la tensió de xarxa, cosa que permet un control precís i continu de la potència reactiva generada, proporcional a la tensió del sistema. Les principals avantatges respecte a les solucions tradicionals són:

• Eliminació dels riscos de ressonància harmònica inherents als bancs de condensadors
• Ajust perfecte i continu (sense salts) en tot el rang capacitivo-inductiu
• Sortida de corrent independent de la tensió — a diferència dels SVC controlats per tiristors

Resposta dinàmica submil·lisegon — comparada amb les limitacions del commutador mecànic

Els SVG responen en 1–5 mil·lisegons, és a dir, 100–300 vegades més ràpidament que els condensadors commutats per tiristors (300–500 ms) i diverses ordres de magnitud més ràpidament que els commutadors mecànics, que patien retards de 20–40 cicles deguts al moviment físic dels contactes i les restriccions de reinici. Aquesta velocitat inferior a un cicle és essencial per:

• Evitar el col·lapse de tensió durant l'arrencada de motors o la desconnexió de generadors
• Atenuar les fluctuacions de llum (flicker) en aplicacions amb forns d’arc i soldadura
• Estabilitzar la tensió davant de fluctuacions ràpides de la generació solar o eòlica

De manera crucial, els SVG passen de mode capacitiu a inductiu sense interrupció, proporcionant reserves reactives ininterrompudes durant la capacitat de suport durant fallades (FRT), una capacitat que els sistemes mecànics no poden igualar.

SVG per a la millora de la qualitat de la potència: harmònics, desequilibri i conformitat normativa

Filtratge en temps real d’harmònics i correcció del desequilibri trifàsic

La tecnologia SVG actua contra la distorsió harmònica emetent corrents oposats gairebé instantàniament, cosa que cancel·la aquelles freqüències molestes procedents de dispositius com els variadors de freqüència (VFD). Quan això succeeix en temps real, es manté la distorsió harmònica total (THD) per sota del 5 %, un fet que és molt important per a tot tipus d’equipaments delicats situats a la planta. Un altre avantatge significatiu és la capacitat dels SVG per abordar els desequilibris de tensió trifàsics mitjançant la seva manera única de gestionar la potència reactiva entre fases. Penseu en una instal·lació manufacturera amb molts talladors làser monofàsics funcionant al costat de maquinària trifàsica més gran. Sense un equilibri adequat, els motors poden escalfar-se i fallar prematurament. No obstant això, amb els SVG instal·lats, hem observat una reducció dràstica del desequilibri de tensió, passant d’aproximadament l’8 % a només una mica més del 2 %. I, a diferència dels antics sistemes de filtres passius, no cal esperar que els commutadors s’activen ni fer front als problemes d’ajustament que limiten el rendiment.

Compliment de les limitacions de la norma IEEE 519–2022 en instal·lacions industrials amb alta distorsió

La tecnologia SVG manté els sistemes conformes amb les normes IEEE 519-2022 gestionant activament les harmòniques fins a l’ordre 50, fins i tot en condicions severes com les que es troben en fornaces d’arc o dins de centres de dades. Quan la tensió al punt de connexió comuna (PCC) comença a distorsionar-se més del 10 %, aquestes unitats SVG mantenen la distorsió harmònica total (THD) sota control, al voltant del 3,5 % o millor, un valor considerablement inferior al límit del 5 % establert per la majoria d’empreses distribuïdores. Un exemple real prové d’una fàbrica de semiconductors on, després de la instal·lació de les unitats SVG, es va reduir aproximadament un 92 % els problemes relacionats amb les harmòniques; a més, segons un informe de l’Institut Ponemon de l’any passat, es van estalviar uns 740.000 $ anuals en manteniment de bancs de condensadors. Més enllà del simple compliment normatiu, aquest enfocament preventiu evita possibles sancions, protegeix els transformadors de tensions innecessàries i contribueix a un funcionament estable de les operacions, sense interrupcions imprevistes.

SVG com a habilitador de l'estabilitat de la xarxa: suport de tensió i capacitat de suport durant fallades

Regulació dinàmica de la tensió durant pertorbacions de la xarxa i esdeveniments de suport durant fallades

La tecnologia SVG ajuda a mantenir l'estabilitat de les xarxes elèctriques injectant o absorbint potència reactiva gairebé instantàniament quan hi ha caigudes de tensió, sobretensions o fallades del sistema. Els bancs de condensadors mecànics necessiten uns 3 a 5 cicles abans de poder respondre, però els sistemes SVG responen immediatament, mantenint les tensions dins d’un marge d’aproximadament ±2 % dels nivells normals i evitant que els dispositius de protecció es disparin innecessàriament. En situacions de suport durant fallades (FRT), aquests sistemes mantenen reserves suficients de potència reactiva per complir els exigents requisits de la xarxa, com els establerts a l’estàndard IEEE 1547-2018. En àrees on l’energia eòlica representa una part important de la combinació energètica, el control de tensió basat en SVG redueix les interrupcions del subministrament aproximadament un 60 % respecte als mètodes antics, segons una recerca publicada a Power Systems Research el 2023.

Cas d'evidència: Integració d'un parc eòlic de 33 kV amb reserva reactiva basada en SVG

Un parc eòlic de 33 kV que integra 15 turbines va demostrar l’impacte estabilitzador de la xarxa de l’SVG. Abans de la instal·lació, les caigudes de tensió provocades per ràfegues superaven l’8 %, fent que les turbines es desconnectessin. Després de posar en marxa un sistema SVG de 5 MVAR, la reserva reactiva va mantenir la tensió dins del 1,5 % del valor nominal durant el 98 % dels esdeveniments de FRT. Els resultats clau van incloure:

• reducció del 70 % de les caigudes de tensió per sota de 0,9 unitats per unitat (pu) durant les fallades de xarxa
• Cap desconnexió de turbines eòliques durant finestres de fallada de 0,15 segons
• Compliment complet dels requisits del codi de xarxa EN 50549-2:2019 per a la integració d’energies renovables

Aquest cas valida el paper de l’SVG per habilitar una integració fiable d’energies renovables amb alta penetració.

SVG respecte a alternatives: flexibilitat operativa i valor al llarg del cicle de vida

La tecnologia SVG ofereix una flexibilitat molt més elevada en comparació amb els bancs de condensadors tradicionals i els sistemes controlats per tiristors. A diferència d’opcions mecàniques que commuten en passos amb retards perceptibles, els SVG gestionen la potència reactiva de forma contínua en ambdós sentits gairebé instantàniament, cosa que elimina aquells transitoris molestos i els problemes de fluctuació de tensió. La velocitat fa tota la diferència en indústries amb càrregues que canvien constantment, com ara les operacions de soldadura i les laminadores d’acer. L’equipament estàndard simplement no pot seguir el ritme quan hi ha retards de resposta superiors a 100 mil·lisegons, provocant inestabilitat i problemes de producció que ningú vol haver de resoldre.

La proposta de valor durant tot el cicle de vida realment destaca quan es contemplen aquests sistemes. La tecnologia SVG redueix efectivament les pèrdues entre la meitat i les tres quartes parts en comparació amb models SVC similars. Per què? Perquè ja no hi ha cap escalfament del reactor i tampoc cal fer front als molestos filtres harmònics externs. Això significa estalvis reals en les factures d'energia al llarg del temps. Un altre avantatge important és que simplement no hi ha cap peça mòbil de la qual cal preocupar-se, ni condensadors que s’envellissin i calguin substituir periòdicament. Les revisions de manteniment poden durar entre tres i cinc anys més que les que es fan amb sistemes electromecànics antics. Algunes operacions mineres han informat d’una disponibilitat propera al 99,5 % amb aquestes instal·lacions, cosa que, òbviament, ajuda a evitar aturades de producció costoses. A més, la mida física de les unitats SVG ocupa un 40-60 % menys d’espai que els bancs de condensadors tradicionals. Això les converteix en opcions ideals per a la modernització de les instal·lacions existents on l’espai és limitat.

PREGUNTES FREQUENTS

Què és un SVG i com funciona?

Un SVG, o generador estàtic de potència reactiva, és un dispositiu que gestiona la potència reactiva sense parts mecàniques en moviment. Utilitza transistors de porta aïllada (IGBT) per crear corrents elèctrics oposats i equilibrar càrregues inductives o capacitives gairebé instantàniament.

Com milloren els SVG la qualitat de la potència?

Els SVG milloren la qualitat de la potència filtrant harmònics, corregint el desequilibri entre les tres fases i mantenint el compliment amb les normes sectorials, com ara la IEEE 519-2022. Això ajuda a reduir les caigudes de tensió i a mantenir baixos els nivells de distorsió harmònica total (THD).

Quins són els avantatges de la tecnologia SVG comparada amb els mètodes tradicionals?

La tecnologia SVG ofereix temps de resposta més ràpids, major flexibilitat, menys pèrdues, requisits de manteniment reduïts i una millor utilització de l’espai, en comparació amb els bancs de condensadors tradicionals i els sistemes controlats per tiristors.