Los dispositivos de compensación de potencia reactiva son esenciales en los sistemas de energía. Su papel principal es mejorar el factor de potencia de los sistemas de suministro y distribución., mejorando así la utilización de equipos de transmisión y subestación, Aumento de la eficiencia eléctrica, y reducir los costos de electricidad. Además, Instalación de dispositivos dinámicos de compensación de potencia reactiva en ubicaciones estratégicas a lo largo de las líneas de transmisión de larga distancia puede reforzar la estabilidad del sistema, Aumento de la capacidad de transmisión, y estabilizar el voltaje en el extremo receptor y en toda la cuadrícula.

El equipo de compensación de potencia reactiva ha evolucionado a través de varias etapas de desarrollo. El ejemplo temprano, el condensador sincrónico, fue voluminoso y costoso y se ha eliminado gradualmente. El segundo método, Usando condensadores de derivación, ofrece las ventajas de bajo costo y facilidad de instalación y uso. Sin embargo, Debido a los posibles armónicos y otros problemas de calidad de potencia en el sistema, El uso de condensadores puros se ha vuelto menos común.

El método actual de la compensación del condensador de reactores en serie se adopta ampliamente para mejorar el factor de potencia. Para sistemas de usuario con producción continua y baja variabilidad de carga, compensación fija con condensadores fijos (FC) se recomienda generalmente. Alternativamente, La compensación automática controlada por contactores e implementada en pasos es adecuada para sistemas de suministro y distribución de voltaje medio y bajo.

Es necesaria una compensación rápida cuando los cambios de carga son rápidos o en presencia de cargas de choque, como en los mezcladores de la industria del caucho, donde la potencia reactiva del sistema debe fluctuar rápidamente. Sin embargo, Los condensadores utilizados en los sistemas de compensación automática de potencia reactiva estándar retienen un voltaje residual después de la desconexión y la eliminación de la cuadrícula. La magnitud de este voltaje residual es impredecible y requiere 1-3 minutos para descargar. Por lo tanto, La reconexión a la cuadrícula debe esperar hasta que el voltaje residual se reduzca a menos de 50 V por la resistencia de descarga interna del condensador, Evaluando la respuesta rápida. Además, La presencia de armónicos significativos en el sistema significa que los dispositivos de compensación de filtros ajustados de LC, Compuesto por condensadores y reactores en serie, requiere una capacidad sustancial para garantizar la seguridad del condensador. Esto también puede conducir a una excesiva compensación del sistema, dando como resultado un sistema capacitivo.

El compensador de var estático (SVC), un tipo de dispositivo de compensación de potencia reactiva estática, fue así desarrollado. Su configuración típica consiste en un reactor controlado por tiristor (TCR) combinado con un condensador fijo (FC) banco, a menudo requiere una conexión en serie con una cierta proporción de reactores. La importancia del SVC radica en su capacidad para ajustar continuamente la potencia reactiva modulando el ángulo de retraso desencadenante de los tiristores dentro del TCR. Los SVC se utilizan principalmente en sistemas de distribución de energía media y de alto voltaje y son particularmente adecuados para escenarios con grandes capacidades de carga, problemas armónicos severos, cargas de choque, y altas tasas de variación de carga, como en las fábricas de acero, la industria del caucho, metalurgia no ferrosa, procesamiento de metales, y ferrocarriles de alta velocidad.

Con el avance de la tecnología de electrónica de potencia, particularmente con el advenimiento de los dispositivos IGBT y las técnicas de control mejoradas, Ha surgido un nuevo tipo de equipo de compensación de potencia reactiva, distinto de los diseños tradicionales basados ​​en condensadores y reactores. Este equipo es el generador de var estático (SVG), que utiliza tecnología de control de modulación de ancho de pulso PWM para generar potencia reactiva capacitiva o absorber la potencia reactiva inductiva. A diferencia de los sistemas tradicionales, Los SVG no dependen en gran medida de los condensadores sino en los circuitos de convertidor de tipo puente que emplea tecnología multinivel o tecnología PWM, Eliminar la necesidad de cálculos de impedancia del sistema durante el uso. Además, Los SVG ofrecen los beneficios de una huella más pequeña y la capacidad de ajustar de manera rápida y suave la potencia reactiva sobre una base dinámica continua, proporcionar una compensación bidireccional capacitiva e inductiva.

Análisis comparativo de dispositivos de compensación de potencia reactiva SVG y SVC

1. Diferentes principios

a. SVC puede verse como una fuente de energía reactiva dinámica. Basado en las necesidades de conexión de la cuadrícula, Puede suministrar potencia reactiva capacitiva a la cuadrícula o absorber el exceso de potencia reactiva inductiva de la cuadrícula. Esto se logra conectando un banco de condensadores, Típicamente un banco de filtros, a la cuadrícula. Cuando la cuadrícula no requiere mucha potencia reactiva, Cualquier potencia reactiva capacitiva excesiva es absorbida por un reactor conectado paralelo. La corriente del reactor está controlada por un grupo de válvulas de tiristores. Ajustando el ángulo de fase de la activación del tiristor, El valor RMS de la corriente que fluye a través del reactor puede modificarse. Esto asegura que el SVC en el punto de acceso de la cuadrícula proporcione la potencia reactiva suficiente para estabilizar el voltaje dentro del rango especificado, compensando así el poder reactivo de la cuadrícula.

b. SVG emplea un inversor de voltaje de alta potencia como núcleo. Ajustando la amplitud y fase del voltaje de salida del inversor, o controlar directamente la amplitud y fase de la corriente del lado de CA, SVG absorbe o emite rápidamente la potencia reactiva necesaria. Esto permite una regulación rápida y dinámica de la potencia reactiva.

2. Diferentes velocidades de respuesta

La velocidad de respuesta de SVC generalmente varía de 20 a 40 m., Mientras que la respuesta de SVG no excede los 10 ms, Permitir una supresión más efectiva de las fluctuaciones de voltaje y parpadeo. Con la misma capacidad de compensación, SVG proporciona los mejores resultados en la mitigación de la fluctuación de voltaje y el parpadeo.

3. Diferentes características de bajo voltaje

SVG se comporta como una fuente actual, con su capacidad de salida mínimamente afectada por el voltaje del bus. Esta calidad le da a SVG una ventaja significativa en las aplicaciones de control de voltaje. Cuanto menor sea el voltaje del sistema, la regulación de potencia reactiva dinámica más necesaria se vuelve. Las características superiores de bajo voltaje de SVG significan que su salida de corriente reactiva es independiente del voltaje del sistema. Se puede considerar un controlable, Fuente de corriente constante que continúa entregando la corriente reactiva nominal incluso cuando el voltaje del sistema cae, Demostrando una capacidad de sobrecarga robusta. En contraste, SVC exhibe características de tipo impedancia, con la capacidad de salida muy influenciada por el voltaje del bus. A medida que disminuye el voltaje del sistema, La capacidad de SVC para emitir la corriente reactiva disminuye proporcionalmente, sin la capacidad de manejar sobrecargas. Como consecuencia, La compensación de potencia reactiva de SVG no se ve afectada por el voltaje del sistema, Mientras que la capacidad de compensación de SVC disminuye linealmente a medida que cae el voltaje del sistema.

4 Rendimiento de seguridad de operación diferente

SVC toma la reactancia ajustada por tiristor y múltiples condensadores como el principal medio de compensación de potencia reactiva, que es muy propenso al fenómeno de amplificación de resonancia, conduciendo a accidentes de seguridad, y cuando el voltaje del sistema fluctúa enormemente, El efecto de compensación se ve muy afectado, y la pérdida de operación es grande; Los condensadores de soporte de SVG no necesitan configurar un banco de filtros, y el fenómeno de amplificación de resonancia no existe, y el SVG es un dispositivo de compensación de tipo activo, y es un dispositivo fuente actual compuesto por IGBT, que es un dispositivo conmutable, evitando así el fenómeno de resonancia y mejorando enormemente el rendimiento de seguridad de la operación. SVG es un dispositivo de compensación activo, que es un dispositivo fuente actual compuesto por un dispositivo conmutable IGBT, evitando así el fenómeno de resonancia y mejorando enormemente el rendimiento de seguridad de la operación.

5. Diferentes características armónicas

SVC emplea rectificadores controlados por silicio (SCR) para administrar la impedancia fundamental equivalente del reactor. Esto no solo lo hace susceptible a los armónicos del sistema, sino que también hace que genere un número significativo de armónicos. Para mitigar esto, SVC debe emparejarse con un banco de filtro para eliminar sus propias emisiones armónicas. Por otro lado, SVG utiliza tecnología de puente monofásico de tres niveles, capaz de producir formas de onda de voltaje de cinco niveles en una sola fase, y emplea métodos de modulación de pulso de cambio de fase de portador. Este enfoque hace que SVG esté menos influenciado por los armónicos del sistema e incluso le permite suprimirlos. SVG reduce significativamente el contenido armónico en la corriente de compensación al incorporar técnicas como la multiplicación, de nivel múltiple, o modulación de ancho de pulso, ofreciendo una ventaja sobre SVC.

6. Diferentes requisitos de espacio

SVG ocupa un espacio que es 1/2 a 2/3 más pequeño que el de SVC cuando se proporciona la misma capacidad de compensación. El uso de SVG de menos reactores y condensadores disminuye sustancialmente tanto el tamaño como la huella del dispositivo. En contraste, Los reactores de SVC no solo son más grandes, sino que también requieren más espacio para la instalación, resultando en una huella general más grande.