Compensadores estáticos de potencia reactiva

1. 1
COMPENSADORES ESTÁTICOS DE POTENCIA REACTIVA


INTRODUCCIÓN
 ELEMENTOS Y PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
 APLICACIONES
 BIBLIOGRAFÍA
 INTRODUCCIÓN

2. 2
P,Q
P,Q’
C
Q
QC
Q’
INTRODUCCIÓN
Ejemplo: Corrección del factor de potencia
 INCONVENIENTES CONDENSADORES
La potencia reactiva depende de la tensión
Elementos sensibles armónicos
Resonancias
Envejecimiento afecta la potencia reactiva
Influencia sobre la estabilidad de máquinas
 VENTAJAS DE LA COMPENSACIÓN
Aumento de la capacidad de transporte
Reducción de la pérdidas
Mantenimiento de la tensión
Ahorro en facturación

3. 3
P,Q’ P,Q
INTRODUCCIÓN
 BATERÍAS EN ESCALONES
Solución sencilla
Número limitado de escalones
Elevada corriente de conexión
Mantenimiento de elementos electromecánicos
Ejemplo: Corrección del factor de potencia
ADAPTACIÓN A UNA CARGA CON Q VARIABLE
0
-500
-1000
2000
1500
-1500
-2000
0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07
tiempo en s
A
-600
-800
0,08
0
-200
-400
1000 400
500 200
V
800
intensidad
tensión 600
Efecto de la conexión de una batería de condensadores
 MÁQUINA SÍNCRONA
Regulación fácil y progresiva
Pérdidas mecánicas
Mantenimiento
COMPENSADORES ESTÁTICOS DE
POTENCIA REACTIVA
 Basado en Bobinas y Condensadores
 Control mediante electrónica de potencia
 Regulación continua o discreta

4. 4
COMPENSADORES ESTÁTICOS DE POTENCIA REACTIVA
 INTRODUCCIÓN
 APLICACIONES
 BIBLIOGRAFÍA


ELEMENTOS Y PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
 ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

5. 5
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
 CONDENSADOR CONMUTADO POR TIRISTORES (TSC)
 BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
 Bobina Conmutada por Tiristores (TSR)
 Principio de funcionamiento
 Análisis armónico
 Configuración trifásica del TCR
 MODELO SIMPLIFICADO DEL SVC
SVC
TCR TSR TSC

6. 6
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
CONDENSADOR CONMUTADO POR TIRISTORES (TSC)
i(t)
e(t)
TR1
TR2
C
uC(t)
Interruptor de estadosólido
L
i(t)
C C
u (t)
uL(t)
e(t)
L
t = t’
uL(t)
MÍNIMA
Tensión de alimentación en su valor
de pico: e(t’) = 2·E
Tensión inicial del condensador igual
a : U0 = 2UC
 Corriente de conexiónACEPTABLE
Tensión de alimentación igual a la tensión
inicial del condensador : e(t’) = U0
 Situación más desfavorable: e(t’) = U0 =0
i
d
p 5Ip
ico
e
U0 = 0,5 2E
ntensidad
2Ip
U0 = 0
U0 = 2E
Ip
0 0,5 2E 2E
tensión en el instante de conexión
Corriente de conexión con e(t’) = U0 =0


7. 7
BOBINA CONMUTADAPOR
TIRISTORES (TSR)
BOBINA CONTROLADA POR
TIRISTORES (TCR)
Principio de funcionamiento
Interruptor Estático
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
i(t)
e(t)
TR1
TR2
Convertidor CA/CA
L
i(t)
e(t)
R L


e(t)
t
i(t)
TR2
TR2
TR1
t’
t’’
t’1
Conexión con tensión de alimentación en
su valor de pico: e(t’) = 2·E
Desconexión con : i(t) = 0

8. 8
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
 TR1
e(t) i(t)

TR2
 = 45º <  ( 90º)
En unos ciclos la
intensidad es igual a la
de régimenpermanente
 = 120º
 La intensidad
disminuye a medida
aumenta el ángulode
disparo
 (  90º) <  <180º
Principio de funcionamiento
e(t) i(t)

TR1 TR2 TR1 TR2 TR1 TR2

9. 9
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
Análisis armónico
 CONSIDERACIONES:
 Tensión de alimentación sinusoidal
 Comportamiento ideal de tiristores
 Bobina ideal (R = 0)
 TR1
e(t) i(t)

TR2
 = 120º
t’ t1’
 Simplificación ecuaciones
 Cálculo instante de desconexión
 Simetría de media onda

10. 10
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
Análisis armónico

it  

a
hcos ht bh senh
t 

h1,hpar
4 2 
 
ah 
T
itcoshtdt

4 2 
bh 
T
itsenhtdt

 
h
a2
I
2
 b2
 h h
 Ecuaciones del análisis armónico
 Serie de Fourier
 Coeficientes
 Valores eficaces componentes
h
I
h

4E 
senh  1 

senh  1 
 cos 
senh 

L

2h  1 2h  1

 

2
2 E  sen2   

I1 
 L 
   
 

11. 11
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
Análisis armónico
 Espectro Armónico
intensidad
en
A
20
10
0
-10
-20
0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0.02
tiempo en s
5
4
3
2
1
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
orden del armónico
corriente
en
A  = 120º

12. 12
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
Análisis armónico
1º
3º
5º
180º
7º
Ángulo de disparo
Intensidad
en
pu
1
0
90º
Contenido armónico en función del ángulo de disparo

13. 13
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
Configuración trifásica
A
B
C
A
B
C
N
TR1A
TR2A
TR1B
TR2B
TR1C
TR2C
TR1A
TR1C
TR1B
TR2B
>
TR2C
TR2A
tiempo en s
intensidad
en
A
D Yn
Y

14. 14
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
BOBINA CONTROLADA POR TIRISTORES (TCR)
Configuración trifásica
0,6
0,4
0,2
0
0,8
1
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
ángulo de disparo en º
corriente
en
pu
YN
Y
D
250
200
150
100
50
0
90 100 110 120 130 140 150 160 170 180
ángulo de disparo en º
THD
en
%
YN
Y
D
 ARMÓNICOS:
 Sólo hay armónicos impares
Triángulo (D) y Estrella sin neutro (Y): No hay
armónicos homopolares
 Estrella con neutro (Yn): Armónicos homopolares
 ÁNGULO DE DISPARO:
 Triángulo y Estrella con neutro:
 Estrella sin neutro:
90º <  <180º
90º <  <150º

15. 15
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
MODELO SIMPLIFICADO DEL SVC
 1
L C
I1 IC
1
I 
2 E 
   
sen2  

 L  2
 
E L I
L

L
2    sen2

16. 16
ELEMENTOS Y PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO
Q  E2
L
L
QSVC

 QC  QL
BSVC
 C  1 L
 POTENCIA REACTIVA  SUSCEPTANCIA
Comportamiento
Capacitivo
Comportamiento
Inductivo
90º

180º
QSVC
MODELO SIMPLIFICADO DEL SVC

17. 17
APLICACIONES
 APLICACIONES
COMPENSADORES ESTÁTICOS DE POTENCIA REACTIVA
 BIBLIOGRAFÍA
 INTRODUCCIÓN
 ELEMENTOS Y PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO

18. 18
APLICACIONES DEL SVC
APLICACIONES
 Control de la tensión
 Mejora de la estabilidad y capacidad en líneas de transporte
 Corrección del factor de potencia
 Equilibrado de fuertes cargas monofásicas
 CONFIGURACIÓN DEL SVC
 CONTROL DE TENSIÓN Y CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
 CONTROL DE TENSIÓN MEDIANTE SVC
 CORRECCIÓN DE FACTOR DE POTENCIA MEDIANTE SVC

19. 19
APLICACIONES DEL SVC
CONFIGURACIÓN DEL SVC
TCR
filtros LC
5º, 7º, 11º...
batería
fija
TSC
baterías
conmutadas
mecánicamente
INCOVENIENTE
 Generación de armónicos
SOLUCIÓN
 Minimizar el tamaño del TCR
 Escalones (TSC...)
1xC
2xC
3xC
Qref
QL
QSVC
0xC
QC

20. 20
APLICACIONES DEL SVC
Tiristores
TCR y/o TSC
Bobinas TCR
Condensadores
CONFIGURACIÓN DEL SVC

21. 21
APLICACIONES DEL SVC
CONTROL DE TENSIÓN Y CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
QSVC
P, Q
E
jXs
U
CONTROL DE TENSIÓN
 Mantener la tensión en el nudo:
U = E
CIA
CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTEN
 Compensar la reactiva de la carga:
QSVC =Q
I

22. 22
APLICACIONES DEL SVC
CONTROL DE TENSIÓN MEDIANTE SVC
PID
BSVC,ref Controlador
SVC
Uref BSVC
TSC
TCR
U
U
horno de
arco
otros
consumos
E
línea
CONTROL DE TENSIÓN EN PRESENCIA DE
CARGAS CON FUERTES VARIACIONES
Ejemplo: Hornos de Arco

23. 23
APLICACIONES DEL SVC
CONTROL DE TENSIÓN MEDIANTE SVC
132 kV
20 kV
20 kV
Carga 1
5 MW
5 MVAr
UCC = 10%
LA-110
R = 0,307/km
X = 0,400/km
L = 10 km
Carga 0
5 MW
-5 MVAr
10 MVAr
10 MVAr
t = 0 s La Carga 1 está conectada y la Carga 0
está desconectada
t = 2.0 s Se conecta la Carga0
t = 2.5 s Se desconecta la Carga 0
t = 2.6 s Se desconecta la Carga 1
t = 3.5 s Se conecta la Carga 1
1,15
1,1
1,05
1
0,95
0,9
0,85
0,8
1,5 2 3 3,5 4
2,5
tiempo en s
tensión
en
pu
U sin SVC
U con SVC
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
-0,1
-0,2
-0,3
1,5 2 2,5 3 3,5 4
tiempo en s
B
SVC
en
pu

24. 24
APLICACIONES DEL SVC
CONTROL DE TENSIÓN MEDIANTE SVC
-90 90
0
1
2
0
desfase entre fuentes de tensión  en º
potencia
P/P
max
Sin SVC
Con SVC
Pmax
max
P  U2
X Pm
ax  2Pmax
U 0 U  U 
COMPENSACIÓN EN LÍNEAS DE TRANSPORTE
X X/2 X/2
U /2
U 0 BSVC

25. 25
Imin
90º 180º
Comportamiento
Comportamiento Capacitivo
Inductivo
Ángulo de disparo
Intensidad
Carga
+
SVC
2
SVC
E
P2
 Q  Q
I 
APLICACIONES DEL SVC
CORRECCIÓN DEL FACTOR DE POTENCIA
ESTRATEGIA: fdp = 1
 Bucle Abierto
 Bucle Cerrado
 Intensidad Mínima

26. 26
COMPENSADORES ESTÁTICOS DE POTENCIA REACTIVA


BIBLIOGRAFÍA
 INTRODUCCIÓN
 ELEMENTOS Y PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO
 APLICACIONES
 BIBLIOGRAFÍA

27. 27
BIBLIOGRAFÍA
 LIBROS
E. ACHA, V.G. AGELIDIS, O. ANAYA-LARA Y T.J.E. MILLER: “Power Electronic Control in
Electrical Systems”, Newnes Power Engineering Series, 2002
GRUPO DE ELECTROTECNIA Y REDES ELÉCTRICAS (UNIV. DE VIGO): “Análisis de Redes
Eléctricas”, Tórculo, 1995
A. GÓMEZ EXPOSITO (COORDINADOR): “Análisis y Operación de Sistemas de Energía
Eléctrica”, McGraw Hill, 2002
J. A. GUALDA, S. MARTÍNEZ Y P. M. MARTÍNEZ: “Electrónica Industrial: Técnicas de
Potencia”, Marcombo Boixareu Editores, 1982
M. H. RASHID: “Power Electronics”, Prenctice Hall International, 1998
VARIOS: “Flexible AC Transmission Systems (FACTS)”, IEE Power and Energy Series, 1999
 Webs consultadas (Junio de 2003):
ABB:
ALSTOM Transmission and Distribution:
TOSHIBA POWER DIVISION:
http://www.abb.com
http://www.alstom.com
http://www.atals.com/tic/svc_home.htm