Os dispositivos de compensação de energia reativos são essenciais nos sistemas de energia. Seu papel principal é melhorar o fator de potência dos sistemas de fornecimento e distribuição, melhorando assim a utilização de equipamentos de transmissão e subestações, aumentando a eficiência elétrica, e reduzindo custos de eletricidade. Adicionalmente, a instalação de dispositivos dinâmicos de compensação de potência reativa em locais estratégicos ao longo de linhas de transmissão de longa distância pode reforçar a estabilidade do sistema, aumentar a capacidade de transmissão, e estabilizar a tensão na extremidade receptora e em toda a rede.
O equipamento de compensação de potência reativa evoluiu através de vários estágios de desenvolvimento. O primeiro exemplar, o condensador síncrono, era volumoso e caro e foi gradualmente eliminado. O segundo método, usando capacitores shunt, oferece as vantagens de baixo custo e facilidade de instalação e uso. No entanto, devido a potenciais harmônicos e outros problemas de qualidade de energia no sistema, o uso de capacitores puros tornou-se menos comum.
O método atual de compensação do capacitor do reator em série é amplamente adotado para aumentar o fator de potência. Para sistemas de usuário com produção contínua e baixa variabilidade de carga, compensação fixa com capacitores fixos (FC) geralmente é recomendado. Alternativamente, a compensação automática controlada por contatores e implementada em etapas é adequada para sistemas de alimentação e distribuição de média e baixa tensão.
A compensação rápida é necessária quando as mudanças de carga são rápidas ou na presença de cargas de choque, como nos misturadores da indústria da borracha, onde as necessidades de potência reativa do sistema flutuam rapidamente. No entanto, capacitores usados em sistemas de compensação automática de potência reativa padrão retêm uma tensão residual após desconexão e remoção da rede. A magnitude desta tensão residual é imprevisível e requer 1-3 minutos para descarregar. Portanto, a reconexão à rede deve esperar até que a tensão residual seja reduzida para menos de 50 V pelo resistor de descarga interno do capacitor, impedindo uma resposta rápida. Além disso, a presença de harmônicos significativos no sistema significa que os dispositivos de compensação de filtro sintonizados por LC, compreendendo capacitores e reatores em série, requerem capacidade substancial para garantir a segurança do capacitor. Isso também pode levar à compensação excessiva do sistema, resultando em um sistema capacitivo.
O Compensador Estático Var (Svc), um tipo de dispositivo de compensação de potência reativa estática, foi assim desenvolvido. Sua configuração típica consiste em um reator controlado por tiristor (TCR) combinado com um capacitor fixo (FC) banco, muitas vezes exigindo conexão em série com uma certa proporção de reatores. A importância do SVC reside na sua capacidade de ajustar continuamente a potência reativa, modulando o ângulo de atraso de disparo dos tiristores dentro do TCR.. Os SVCs são usados principalmente em sistemas de distribuição de energia de média e alta tensão e são particularmente adequados para cenários com grandes capacidades de carga, problemas harmônicos graves, cargas de choque, e altas taxas de variação de carga, como nas siderúrgicas, a indústria da borracha, metalurgia não ferrosa, processamento de metais, e ferrovias de alta velocidade.
Com o avanço da tecnologia de eletrônica de potência, particularmente com o advento de dispositivos IGBT e técnicas de controle aprimoradas, surgiu um novo tipo de equipamento de compensação de potência reativa, distinto dos projetos tradicionais baseados em capacitores e reatores. Este equipamento é o Gerador de Var Estático (SVG), que utiliza tecnologia de controle de modulação por largura de pulso PWM para gerar energia reativa capacitiva ou absorver energia reativa indutiva. Ao contrário dos sistemas tradicionais, SVGs não dependem muito de capacitores, mas de circuitos conversores do tipo ponte que empregam tecnologia multinível ou tecnologia PWM, eliminando a necessidade de cálculos de impedância do sistema durante o uso. Além disso, Os SVGs oferecem os benefícios de uma área menor e a capacidade de ajustar a potência reativa de forma rápida e suave em uma base dinâmica contínua, fornecendo compensação capacitiva e indutiva bidirecional.
Análise comparativa de dispositivos de compensação de potência reativa SVG e SVC
1. Princípios Diferentes
um. SVC pode ser visto como uma fonte de energia reativa dinâmica. Com base nas necessidades de conexão da rede, ele pode fornecer energia reativa capacitiva à rede ou absorver o excesso de energia reativa indutiva da rede. Isto é conseguido conectando um banco de capacitores, normalmente um banco de filtros, para a grade. Quando a rede não requer muita energia reativa, qualquer excesso de potência reativa capacitiva é absorvido por um reator conectado em paralelo. A corrente do reator é controlada por um grupo de válvulas tiristorizadas. Ajustando o ângulo de fase do disparo do tiristor, o valor RMS da corrente que flui através do reator pode ser alterado. Isso garante que o SVC no ponto de acesso à rede forneça energia reativa suficiente para estabilizar a tensão dentro da faixa especificada, compensando assim a potência reativa da rede.
b. SVG emprega um inversor de tensão de alta potência como núcleo. Ajustando a amplitude e fase da tensão de saída do inversor, ou controlando diretamente a amplitude e a fase da corrente lateral CA, SVG absorve ou emite rapidamente a potência reativa necessária. Isto permite a regulação rápida e dinâmica da potência reativa.
2. Diferentes velocidades de resposta
A velocidade de resposta do SVC geralmente varia de 20 a 40 ms, enquanto a resposta do SVG não excede 10ms, permitindo uma supressão mais eficaz de flutuações de tensão e cintilação. Com a mesma capacidade de compensação, SVG fornece os melhores resultados na mitigação de flutuações e oscilações de tensão.
3. Diferentes características de baixa tensão
SVG se comporta como uma fonte atual, com sua capacidade de saída minimamente afetada pela tensão do barramento. Esta qualidade dá ao SVG uma vantagem significativa em aplicações de controle de tensão. Quanto menor a tensão do sistema, mais necessária se torna a regulação dinâmica da potência reativa. As características superiores de baixa tensão do SVG significam que sua saída de corrente reativa é independente da tensão do sistema. Pode ser considerado controlável, fonte de corrente constante que continua a fornecer corrente reativa nominal mesmo quando a tensão do sistema cai, demonstrando capacidade de sobrecarga robusta. Em contraste, SVC exibe características do tipo impedância, com capacidade de saída fortemente influenciada pela tensão do barramento. À medida que a tensão do sistema diminui, A capacidade do SVC de produzir corrente reativa diminui proporcionalmente, falta de capacidade de lidar com sobrecargas. Consequentemente, A compensação de potência reativa do SVG não é afetada pela tensão do sistema, enquanto a capacidade de compensação do SVC diminui linearmente à medida que a tensão do sistema cai.
4 Diferentes desempenhos de segurança operacional
O SVC utiliza a reatância ajustada por tiristores e vários capacitores como o principal meio de compensação de potência reativa, que é muito propenso ao fenômeno de amplificação de ressonância, levando a acidentes de segurança, e quando a tensão do sistema flutua muito, o efeito de compensação é muito afetado, e a perda de operação é grande; Capacitores que suportam SVG não precisam configurar um banco de filtros, e o fenômeno de amplificação de ressonância não existe, e o SVG é um dispositivo de compensação do tipo ativo, e é um dispositivo fonte de corrente composto por IGBT, que é um dispositivo comutável, evitando assim o fenômeno de ressonância e melhorando significativamente o desempenho de segurança da operação. SVG é um dispositivo de compensação ativo, que é um dispositivo de fonte de corrente composto por um dispositivo comutável IGBT, evitando assim o fenômeno de ressonância e melhorando significativamente o desempenho de segurança da operação.
5. Diferentes características harmônicas
SVC emprega retificadores controlados por silício (SCR) para gerenciar a impedância fundamental equivalente do reator. Isto não só o torna suscetível a harmônicos do sistema, mas também faz com que ele gere um número significativo de harmônicos.. Para mitigar isso, O SVC deve ser emparelhado com um banco de filtros para eliminar suas próprias emissões harmônicas. Por outro lado, SVG utiliza tecnologia de ponte monofásica de três níveis, capaz de produzir formas de onda de tensão de cinco níveis em uma única fase, e emprega métodos de modulação de pulso de mudança de fase da portadora. Esta abordagem torna o SVG menos influenciado pelos harmônicos do sistema e até permite suprimi-los. SVG reduz significativamente o conteúdo harmônico na corrente de compensação incorporando técnicas como multiplicação, multinível, ou modulação por largura de pulso, oferecendo uma vantagem sobre SVC.
6. Diferentes requisitos de espaço
SVG ocupa um espaço que é 1/2 para 2/3 menor que o do SVC ao fornecer a mesma capacidade de compensação. O uso de menos reatores e capacitores pelo SVG diminui substancialmente o tamanho e a área ocupada pelo dispositivo. Em contraste, Os reatores da SVC não são apenas maiores, mas também requerem mais espaço para instalação, resultando em uma pegada geral maior.
