Desarrollo de una Herramienta para la Verificación de Compensaciones Capacitivas Vicepresidencia de Transmisión Gerencia de Operación VII Jornadas Técnicas del Comité de Transmisión Félix Humberto Montaño
Contenido Bancos de compensación Capacitiva Por qué necesitamos Compensar la potencia reactiva? Por qué necesitamos el filtrado de Armónicos? Tipos de arquitecturas (impedancia armónica) Herramienta para la Verificación de Compensaciones Capacitivas Por que Para que Que se evalúa Sistema Celdas de condensadores Bobina Rango de Operación Soporte Matemático: Transformada Rápida de Fourier (FFT) Arquitectura de la Herramienta Resultados Banco de Noroeste Banco de Tunal Conclusiones y recomendaciones 2
Bancos de compensación Capacitiva En conexiones del STR/STN en donde se requiere una reducción apreciable de MVAR inductivos, los Bancos de Compensación que se elijan, han de corresponder a una combinación de una batería de condensadores en conexión serie paralelo y la conexión de una reactancia que actúa como filtro de armónicos, sintonizado a una frecuencia armónica particular. 3
Por qué necesitamos Compensar la potencia reactiva y el filtrado de Armónicos? Los equipos conectados a la red (carga) y los propios equipos de transporte y transformación ocasionan que se modifique el ángulo de fase entre la tensión y la corriente. Cuando la corriente es desfasada, se requiere más corriente para entregar la misma cantidad de potencia activa. En redes con ángulos de potencia inductiva, la compensación capacitiva mejora el factor de potencia con los siguientes beneficios: Reduce las corrientes de transmisión en el sistema de potencia, mejora el perfil de voltaje en el área de influencia, se reducen las pérdidas del sistema, se mejora el factor de potencia de la corriente, se reduce la potencia reactiva desde la fuente permitiendo un margen para dar respuesta ante eventos. 4
Por qué necesitamos la Compensación de la potencia reactiva y filtrado de Armónicos? Especialmente la demanda (en cargas no lineales y/o switchadas) y en menor grado la transformación introducen armónicos a la red que ocasionan pérdidas adicionales, calentamiento en los cables de transporte, ruido audible (transformadores), errores de medición, impacto de los armónicos en equipos conectados, disminución de la eficiencia de maquinaria y la vida útil, etc. La conexión de un banco de condensadores sin filtro, ocasiona un incremento del contenido de armónicos en la red y también un riesgo para el banco de compensación por resonancia ante operación en alguna frecuencia de resonancia. Por estas razones es necesario que el banco de compensación esté acompañado de un filtro de armónicos, sintonizado (cercano) a una frecuencia armónica particular. 5
Tipos de Arquitectura (impedancia armónica) Fuente: Energética vol.33 no.2 La Habana Mayo-ago. 2012 6
Herramienta para la Verificación de Compensaciones Capacitivas Por que Originado por el incremento de la tasa de fallas de componentes que hacen parte de una compensación capacitiva instalada. No es fácil tener acceso a herramientas de análisis justo a la medida para la evaluación integral de un banco de compensación capacitiva. Para que Verificación del comportamiento de cada una de las partes activas que componen la compensación capacitiva. 7
Herramienta para la Verificación de Compensaciones Capacitivas Que se evalúa: Sistema MVAR entregados en el punto de conexión Distorsión Armónica Total (THD) Sintonía del filtro Celdas de condensadores Voltaje aplicado a cada celda Potencia de operación de cada celda Bobina Corriente de operación Corriente Total Potencia de operación de la Bobina Rango de Operación Rangos de voltaje Sensibilidad ante cambio de armónicos en la red Sensibilidad ante condiciones de despacho (Equivalentes de red) 8
Soporte Matemático: Transformada Rápida de Fourier (FFT) Para poder realizar el calculo con el contenido de los armónicos de la red es necesario procesar muestras tomadas de la red eléctrica para encontrar su espectro en frecuencia, luego se procesa a través de la transformada discreta de Fourier (DFT), la cual se calcula sobre una secuencia de ni muestras complejas. El diseño de la herramienta proceda hasta el armónico 50. Y(n) = 50 k=0 x k e 2 i n jk, j=0,1,.n 1 9
Soporte Matemático: Transformada Rápida de Fourier (FFT) Se emplea el desarrollo matemático de la transformada discreta de Fourier DFT para señales discretas para describir el espectro de señales discretas de longitud infinita. La DFT se consigue a partir de la definición de la convolución discreta entre dos señales cualesquiera x[n] y h[n] para un intervalo de muestreo ts =1s y n = x n h n = x s k h s [n k] nπx n= L 10
Arquitectura de la Herramienta Datos de Entrada - Equivalente de Red -MVAR -Nivel de Tensión -Límites de tensión -Contenido de Armónicos -Arquitectura del Banco -Condiciones Nominales Incorporación de la arquitectura del banco de condensadores Cálculo de Impedancias Armónicas Cálculo de corrientes Armónicas 11
Arquitectura de la Herramienta Pot N Li Límites N V±10% Pot N Ci Límites N THDv = 1 n n k=2 v i 2 100 Armónic THD 12
Resultados 13
Noroeste Resultados Diseño inicial 14
Noroeste Resultados Banco Reconfigurado 15
Resultados Banco de Tunal 16
Conclusiones y recomendaciones El desarrollo de la herramientas permite reproducir escenarios reales para la evaluación de compensaciones capacitivas. Útil para la interventoría en los diseños Permite optimizar los diseños de bancos de compensación con diferentes filtros. Apoyo al mantenimiento, ante cambio en armónicos de la red, detección de fallas. Conexión de equipos en conexión degradada Revisión de la operación de bancos ante cambios en la calidad de potencia. Rediseños de bancos de compensación Comprensión de la operación de un banco ante diferentes escenarios. 17
Un paseo por la herramienta 18
Félix Humberto Montaño Mejía fmontano@eeb.com.co http://www.eeb.com.co/empresa/eeb-120-anos-asi-empezo-este-viaje-de-energia