Análisis de Potencia Reactiva en Sistemas de Potencia

Análisis de Potencia Reactiva en Sistemas de Potencia

La potencia reactiva es una potencia imaginaria, pero aun así, es necesaria en el Sistema de Energía. Si hay un exceso de potencia reactiva en el sistema de potencia, el voltaje puede aumentar y, en caso de escasez de potencia reactiva, el voltaje puede ser bajo. En este artículo, explicaremos varios aspectos de la potencia reactiva, cuál es su papel en Power System y cómo se puede inyectar en Power System.

Conceptos básicos de voltaje y potencia reactiva en el sistema de energía:

Es deseable que el Voltaje en el Sistema de Potencia sea de 1 por unidad (pu) en todas partes (pero es altamente imposible mantenerlo). El control de la potencia reactiva y la magnitud del voltaje son palabras casi relacionadas entre sí; De manera similar, el control de la potencia activa y el ángulo de voltaje son palabras casi relacionadas entre sí. Considere la Figura-1. Bus-1 está conectado con un bus infinito con una larga línea de transmisión. En general, la potencia activa fluye desde un ángulo de alto voltaje hacia un ángulo de voltaje más bajo y la potencia reactiva fluye desde una magnitud de voltaje más alta a una magnitud de voltaje más baja. Por lo tanto, en la Figura 1, tanto la potencia activa como la reactiva fluirán del bus 1 al bus 2 (en algunos casos también depende de otros factores).

Análisis de Potencia Reactiva en Generador Síncrono:

Considere un circuito equivalente simple de generador síncrono (SG) como se muestra en la Figura-2. Su voltaje terminal es 1∠0, o podemos decir que SG está conectado directamente al bus infinito.

Cabe señalar que la potencia reactiva es potencia imaginaria para que pueda ser suministrado o absorbido por SG. Si E_f es menor que '1' (es decir, E_f t ), entonces diremos que está funcionando a baja excitación (es decir, la corriente CC en su devanado de campo es baja); En ese caso, SG puede consumir potencia reactiva. Si E_f es mayor que '1' (es decir, E_f>V_t ), entonces diremos que está funcionando a alta excitación (es decir, la corriente continua en su devanado de campo es alta); En ese caso, SG puede suministrar potencia reactiva.

El poder activo se llama poder verdadero. SG siempre suministra potencia activa; entonces, puede entender por qué el ángulo del rotor es positivo en el caso de un generador síncrono y negativo en el caso de un motor síncrono.

La ecuación “Entrada =salida + pérdidas” es válida para cualquier máquina. Para SG, la ecuación es "Entrada mecánica =Salida eléctrica (potencia activa) + pérdidas".

Como se escribió anteriormente, si SG está funcionando con alta excitación, entonces puede generar potencia reactiva, es decir, SG suministrará la potencia reactiva al sistema. De hecho, lo que sucede es solo un intercambio de energía entre el generador y la carga. (Supongamos que la carga es un motor de inducción. Por lo tanto, habrá un intercambio de energía entre SG y el motor de inducción; o podemos decir que SG está generando potencia reactiva y el motor de inducción está consumiendo la potencia reactiva; pero son solo convenciones, la potencia reactiva es imaginaria por lo tanto, la energía no se puede generar ni consumir).

En los libros de Power System, para calcular potencias complejas se menciona la fórmula S=VI*. Si se usa la fórmula S=V*I, se puede encontrar el mismo resultado, excepto que se invertirá el signo de la potencia reactiva. Entonces, los estudiosos de ingeniería eléctrica finalizaron la fórmula S =VI * y descartaron la segunda fórmula. Por qué han elegido la primera fórmula en lugar de la segunda, trate de analizarse usted mismo sobre la base de este artículo.

A partir de la Figura 3, puede comprender fácilmente por qué la potencia activa se denomina potencia real y la potencia reactiva se denomina potencia imaginaria.

En la Figura 4 se muestra un diagrama de SG . Esta figura también se explica por sí misma.

Encontrando en su campo si el voltaje de CC (o CC corriente) es alta que SG suministrará más potencia reactiva. Entonces, tal vez pueda pensar que la potencia de CC del devanado de campo se convierte en potencia reactiva. Es un gran error entre los estudiantes. Tenga en cuenta que más voltaje de CC en el devanado de campo significa más corriente de CC, y esta potencia se consumirá como I ² Pérdidas R en la resistencia del devanado de campo 'R'. Ninguna potencia de CC en el circuito de campo se convertirá en potencia reactiva. A medida que aumenta la corriente continua, aumenta la potencia reactiva suministrada por SG, lo que significa que el intercambio de energía del generador aumenta con la carga. En caso de corriente continua alta en el devanado de campo, el flujo en la inductancia del devanado de campo será alto, ayudará a generar potencia reactiva por SG.

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Considere la Figura-1 nuevamente. Si la excitación de SG aumenta, sucederán dos cosas

1. (i) El generador suministrará más potencia reactiva
2. (ii) su voltaje terminal (magnitud) aumentará (como se dijo anteriormente, el control de la potencia reactiva y la magnitud del voltaje son palabras casi relacionadas).

Si hay un exceso de potencia reactiva en el sistema de potencia que aumenta el voltaje, es viceversa. Sobre esa base, los lectores también deberían tratar de comprender el efecto Ferranti. [En el caso del efecto Ferranti, el voltaje final de recepción es más alto que el voltaje final de envío. Ocurre sin carga (o la carga es muy inferior). La mayor parte de la carga en el sistema de potencia es una carga inductiva. Por lo tanto, en condiciones sin carga, el efecto inductivo disminuye y domina la capacitancia de derivación (capacitancias de derivación naturales en el aire). El condensador genera potencia reactiva, por lo tanto, trata de aumentar el voltaje]

En los libros de Máquinas Eléctricas, está escrito que con una carga de FP líder (es decir, con una carga capacitiva), un transformador puede tener una regulación de voltaje negativa; Los lectores deben tratar de entender esta línea también con la ayuda de este artículo. Tenga en cuenta que la carga capacitiva intenta aumentar el voltaje. Supongamos que tiene un transformador con una relación de vueltas de 1:1, el voltaje aplicado es de 100 V, su voltaje en los terminales es de 102 V, luego la regulación de voltaje del transformador es simplemente -2%. Es posible en caso de carga capacitiva. Fresher's puede sorprenderse de cómo el voltaje terminal del transformador puede ser mayor que el voltaje aplicado, deberían tratar de analizarlo.

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Compensación de derivación y compensación de serie:

Dos términos 'Compensación de derivación' y 'Compensación de serie' se usan comúnmente en Power System. La 'compensación en derivación' controla la potencia reactiva y la 'compensación en serie' controla la potencia activa. La compensación de derivación puede ser un simple condensador en la derivación de la línea de transmisión o cualquier dispositivo Shunt FACTS. La compensación en serie puede ser un simple capacitor en serie con la línea de transmisión o cualquier serie de dispositivos FACTS.

Considerar la fórmula (Es una fórmula muy famosa, por lo tanto, no se brinda una explicación detallada aquí). 'X' es la reactancia de la línea de transmisión. Esta fórmula se obtiene asumiendo que la resistencia de la línea de transmisión es despreciable. Si se inserta un capacitor en serie simple en la línea de transmisión (o entre el bus 1 y el bus 2 en la Figura 1), entonces podemos decir que es una compensación en serie. Al controlar el valor del capacitor en serie, podemos controlar la 'X', por lo tanto, se puede controlar la 'P'. Además, puede ver que 'P' está relacionado con 'δ'. (Como se escribió anteriormente, el control de 'P' y 'ángulo de voltaje' son palabras estrechamente relacionadas).

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Métodos de inyección de energía reactiva en el sistema de energía:

Si el voltaje en el sistema de transmisión es inferior a 1 pu, entonces se debe inyectar potencia reactiva en el sistema. A continuación se detallan varios métodos de inyección/absorción de energía reactiva en el sistema de energía:

1. Control de la excitación de CC de SG, como se explicó anteriormente en este artículo,
2. Condensadores de derivación (para suministrar potencia reactiva y aumentar el voltaje),
3. Inductores de derivación (para consumir la potencia reactiva y reducir el voltaje), en caso de efecto Ferranti (es decir, cuando la carga es muy inferior y el voltaje del extremo receptor puede ser alto), se utiliza.
4. TCR-FC o TCR-TSC (es un dispositivo FACTS basado en impedancia),
5. STATCOM (es un convertidor de fuente de voltaje basado en dispositivos FACTS). STATCOM o Static Synchronous Compensator es un dispositivo electrónico de potencia que utiliza dispositivos de fuerza conmutada como IGBT, GTO, etc. para controlar el flujo de potencia reactiva a través de una red eléctrica y, por lo tanto, aumentar la estabilidad de la red eléctrica. STATCOM es un controlador FACTS en derivación, es decir, está conectado en derivación con la línea. En días iniciales su nombre era STATCON en lugar de STATCOM. Es miembro de la familia de dispositivos Flexible AC Transmission System (FACTS) y tiene un gran potencial de investigación. La instalación de un STATCOM en uno o más puntos adecuados de una red mejorará la estabilidad del voltaje y mantendrá un perfil de voltaje uniforme en diferentes condiciones de la red. Su capacidad para realizar un filtrado activo también es muy útil para mejorar la calidad de la energía.
6. En los parques eólicos, se utiliza el generador de inducción, es una máquina de excitación simple (es decir, no tiene devanado de campo). Por lo tanto, el control de potencia reactiva en un generador de inducción no es posible; por lo tanto, en este caso, para suministrar potencia reactiva, se utiliza mucho STATCOM. STATCOM se instala en los terminales del generador de inducción como un controlador de derivación. Este tema también tiene un gran potencial de investigación.

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Como está escrito en este artículo, la 'compensación de derivación' está relacionada con el control de potencia reactiva, se puede ver que en los métodos anteriores del 2 al 6, todos son controladores de derivación.

Como se dijo anteriormente, la potencia reactiva es potencia imaginaria, por lo que las líneas de transmisión están destinadas a suministrar potencia activa. Es una pregunta por qué estamos inyectando energía reactiva en el Sistema de Energía. La respuesta es que los generadores, las líneas de transmisión, los transformadores, etc., tienen una resistencia insignificante en comparación con su reactancia inductiva, por lo que podemos decir que el sistema de transmisión es un circuito inductivo. Está consumiendo potencia reactiva, por lo que para compensarlo tenemos que suministrar potencia reactiva.

En otras palabras, podemos decir que para mantener un perfil de voltaje plano (es decir, para mantener un voltaje de 1 pu en todas partes), en un sistema de transmisión, es necesario un control adecuado de la potencia reactiva. Para evitar una transmisión excesiva de potencia reactiva; la generación y el consumo de energía reactiva deben estar lo más cerca posible entre sí; de lo contrario, dará como resultado un perfil de voltaje inadecuado.

Sobre el autor

Dr. Vipin Jain obtuvo el título de Licenciado en Ingeniería en 1992 de la Universidad de Nagpur, Maestría en Tecnología en 2007, Ph.D. Licenciatura en 2017 de la Universidad de Delhi. Tiene una larga experiencia docente e industrial. Es miembro de la facultad en el Departamento de Ingeniería Eléctrica, Instituto de Tecnología de Bharat, Meerut (UP), India, desde diciembre de 2007. Hasta el momento, ha publicado más de veinte artículos de investigación. Es auditor de energía certificado por la Oficina de Eficiencia Energética del Gobierno de la India.

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