¿Qué funciones desempeña el SVG en la compensación de potencia reactiva de los sistemas eléctricos?

Cómo funciona el SVG: principio operativo fundamental y control de corriente reactiva

Los generadores estáticos de potencia reactiva, comúnmente conocidos como SVG, funcionan de manera distinta a los métodos tradicionales en la gestión de la potencia reactiva. Estos dispositivos emplean componentes semiconductores denominados IGBT para generar o absorber corriente reactiva (medida en VAR) sin que intervengan partes móviles mecánicas. El modo en que lo logran es, en realidad, bastante ingenioso: crean corrientes eléctricas opuestas mediante una técnica denominada modulación por ancho de pulso. Cuando existe una carga inductiva que provoca un desfase, el SVG inyecta una corriente capacitiva para equilibrar el sistema; frente a cargas capacitivas, que generan otro tipo de problemas, realiza la acción opuesta. Todo este proceso ocurre a una velocidad extraordinaria, permitiendo alcanzar un factor de potencia cercano a la unidad en apenas una fracción de segundo.

Inversión de fuente de tensión basada en IGBT para la generación instantánea de VAR

La innovación fundamental es la arquitectura del convertidor de fuente de tensión basado en IGBT. La conmutación rápida de la tensión del bus de corriente continua mediante pares de IGBT antiparalelos genera formas de onda trifásicas de corriente alterna con una precisión de 90° fuera de fase respecto a la tensión de red, lo que permite un control preciso y continuo de la potencia reactiva generada, proporcional a la tensión del sistema. Entre las ventajas clave frente a soluciones tradicionales se incluyen:

• Eliminación de los riesgos de resonancia armónica inherentes a los bancos de condensadores
• Ajuste continuo y sin escalones en todo el rango desde capacitivo hasta inductivo
• Salida de corriente independiente de la tensión —a diferencia de los SVC controlados por tiristores

Respuesta dinámica submilisegundo frente a las limitaciones de los interruptores mecánicos

Los SVG responden en 1–5 milisegundos, es decir, 100–300 veces más rápido que los condensadores conmutados por tiristores (300–500 ms) y varios órdenes de magnitud más rápido que los interruptores mecánicos, los cuales sufren retardos de 20–40 ciclos debido al movimiento físico de los contactos y a las limitaciones de reinicio. Esta velocidad subcíclica es esencial para:

• Prevención del colapso de tensión durante el arranque de motores o la desconexión de generadores
• Reducción de los parpadeos en aplicaciones con hornos de arco y soldadura
• Estabilización de la tensión ante fluctuaciones rápidas de la generación solar/ eólica

Crucialmente, los SVG pasan de modo capacitivo a modo inductivo sin interrupción, proporcionando reservas reactivas ininterrumpidas durante la operación bajo fallo (FRT), una capacidad que los sistemas mecánicos no pueden igualar.

SVG para la mejora de la calidad de la energía: armónicos, desequilibrio y cumplimiento normativo

Filtrado en tiempo real de armónicos y corrección del desequilibrio trifásico

La tecnología SVG combate la distorsión armónica emitiendo corrientes opuestas casi de forma instantánea, lo que cancela esas frecuencias molestas generadas por dispositivos como los variadores de frecuencia (VFD). Cuando esto ocurre en tiempo real, mantiene la distorsión armónica total (THD) por debajo del 5 %, un factor crucial para todo tipo de equipos delicados ubicados en la planta. Otra ventaja importante es la capacidad de los SVG para abordar los desequilibrios de tensión trifásicos mediante su método único de gestión de la potencia reactiva entre fases. Considérese una instalación manufacturera con numerosas cortadoras láser monofásicas operando junto a maquinaria trifásica de mayor tamaño. Sin un equilibrio adecuado, los motores pueden sobrecalentarse y fallar prematuramente. Sin embargo, con los SVG instalados, se ha observado una reducción drástica del desequilibrio de tensión, pasando de aproximadamente el 8 % a poco más del 2 %. Y, a diferencia de los antiguos sistemas de filtros pasivos, no hay que esperar a que los interruptores entren en acción ni lidiar con esos engorrosos problemas de sintonización que limitan el rendimiento.

Cumplimiento de los límites de la norma IEEE 519–2022 en instalaciones industriales con alta distorsión

La tecnología SVG mantiene los sistemas conformes con las normas IEEE 519-2022 mediante la gestión activa de armónicos hasta el orden 50, incluso en condiciones exigentes como las que se encuentran en hornos de arco o en centros de datos. Cuando la distorsión de tensión en el punto de conexión común (PCC) supera el 10 %, estas unidades SVG mantienen la distorsión armónica total (THD) controlada en torno al 3,5 % o menos, un valor claramente inferior al límite del 5 % establecido por la mayoría de las compañías eléctricas. Un ejemplo real proviene de una fábrica de semiconductores, donde la instalación de unidades SVG redujo los problemas armónicos aproximadamente un 92 % tras su puesta en marcha y permitió ahorrar cerca de 740 000 USD anuales en mantenimiento de bancos de condensadores, según un informe del Instituto Ponemon del año pasado. Más allá del simple cumplimiento normativo, este tipo de enfoque proactivo evita multas potenciales, protege a los transformadores de esfuerzos innecesarios y contribuye a que las operaciones se desarrollen sin interrupciones inesperadas.

SVG como habilitador de la estabilidad de la red: soporte de tensión y capacidad de sobrevivencia ante fallos

Regulación dinámica de la tensión durante perturbaciones en la red y eventos de capacidad de sobrevivencia ante fallos

La tecnología SVG contribuye a mantener la estabilidad de las redes eléctricas inyectando o absorbiendo potencia reactiva casi de forma instantánea ante caídas de tensión, sobretensiones o fallos del sistema. Los bancos de condensadores mecánicos tardan aproximadamente entre 3 y 5 ciclos en responder, mientras que los sistemas SVG lo hacen de inmediato, manteniendo las tensiones dentro de aproximadamente ±2 % de los niveles normales y evitando disparos innecesarios de los dispositivos de protección. En situaciones de capacidad de sobrevivencia ante fallos (FRT), estos sistemas conservan reservas suficientes de potencia reactiva para cumplir los estrictos requisitos de la red, como los establecidos en la norma IEEE 1547-2018. En zonas donde la energía eólica representa una proporción significativa de la matriz energética, el control de tensión basado en SVG reduce los cortes de suministro en aproximadamente un 60 % frente a los métodos tradicionales, según una investigación publicada en la revista Power Systems Research en 2023.

Evidencia del caso: Integración de un parque eólico de 33 kV con reserva reactiva basada en SVG

Un parque eólico de 33 kV que integra 15 aerogeneradores demostró el impacto estabilizador de la red del SVG. Antes de su instalación, las caídas de tensión provocadas por ráfagas superaban el 8 %, lo que desencadenaba desconexiones de los aerogeneradores. Tras la implementación de un sistema SVG de 5 MVAR, la reserva reactiva mantuvo la tensión dentro del ±1,5 % del valor nominal durante el 98 % de los eventos de FRT. Los resultados clave incluyeron:

• reducción del 70 % en las caídas de tensión por debajo de 0,9 por unidad (pu) durante fallos en la red
• Cero desconexiones de aerogeneradores eólicos durante ventanas de fallo de 0,15 segundos
• Cumplimiento total de los requisitos de la norma de red EN 50549-2:2019 para la integración de energías renovables

Este caso valida el papel del SVG para posibilitar una integración fiable de energías renovables con alta penetración.

SVG frente a alternativas: flexibilidad operativa y valor a lo largo del ciclo de vida

La tecnología SVG ofrece una flexibilidad mucho mayor en comparación con los bancos tradicionales de condensadores y los sistemas controlados por tiristores. A diferencia de las opciones mecánicas, que conmutan por etapas con retrasos perceptibles, los SVG gestionan la potencia reactiva de forma continua en ambas direcciones, casi de forma instantánea, lo que elimina esos molestos transitorios y los problemas de parpadeo de tensión. La velocidad es la clave en industrias con cargas que cambian constantemente, como las operaciones de soldadura y los laminadores de acero. Los equipos estándar simplemente no pueden seguir el ritmo cuando los tiempos de respuesta superan los 100 milisegundos, provocando inestabilidad y problemas de producción que nadie desea afrontar.

El valor a lo largo del ciclo de vida realmente destaca al analizar estos sistemas. La tecnología SVG reduce efectivamente las pérdidas en un rango que va de la mitad a las tres cuartas partes comparada con modelos similares de SVC. ¿Por qué? Porque ya no hay calentamiento del reactor y tampoco tenemos que gestionar esos molestos filtros armónicos externos. Esto se traduce en ahorros reales en las facturas de energía a lo largo del tiempo. Otro gran beneficio es que, sencillamente, no hay piezas móviles de las que preocuparse ni condensadores que se desgasten con el tiempo y deban reemplazarse periódicamente. Las inspecciones de mantenimiento pueden espaciarse entre 3 y 5 años más que con los sistemas electromecánicos antiguos. Algunas operaciones mineras han informado de tiempos de actividad cercanos al 99,5 % con estas instalaciones, lo cual, obviamente, ayuda a evitar costosas interrupciones de la producción. Además, el tamaño físico de las unidades SVG ocupa aproximadamente un 40 % a un 60 % menos de espacio que los bancos tradicionales de condensadores. Esto las convierte en opciones ideales para la modernización de instalaciones existentes donde el espacio es escaso.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un SVG y cómo funciona?

Un SVG, o Generador Estático de Potencia Reactiva, es un dispositivo que gestiona la potencia reactiva sin partes móviles mecánicas. Utiliza IGBT para generar corrientes eléctricas opuestas y equilibrar cargas inductivas o capacitivas casi instantáneamente.

¿Cómo mejoran los SVG la calidad de la energía?

Los SVG mejoran la calidad de la energía filtrando armónicos, corrigiendo el desequilibrio trifásico y manteniendo el cumplimiento de las normas industriales, como la IEEE 519-2022. Ayudan a reducir las caídas de tensión y a mantener bajos los niveles de THD.

¿Cuáles son las ventajas de la tecnología SVG frente a los métodos tradicionales?

La tecnología SVG ofrece tiempos de respuesta más rápidos, mayor flexibilidad, menores pérdidas, requisitos reducidos de mantenimiento y un aprovechamiento más eficiente del espacio, en comparación con los bancos de condensadores tradicionales y los sistemas controlados por tiristores.