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Estudios de armónicos para BESS, bancos de condensadores y cargas industriales
Los fallos armónicos rara vez se deben a un único inversor o a un único banco de condensadores por sí solos. Esta guía explica cómo modelar las interacciones, cuestionar los supuestos poco sólidos, seleccionar medidas de mitigación y elaborar un estudio que resista un análisis técnico riguroso.
El mercado del almacenamiento en baterías está creciendo más rápido de lo que se actualizan muchos modelos eléctricos. La capacidad de las baterías a escala industrial en EE. UU. superó los 26 GW en 2024, después de que los promotores añadieran 10,4 GW en un año; en 2023, las ampliaciones ya habían alcanzado los 6,4 GW, lo que supone un incremento anual del 70%. Cada vez son más los sistemas de conversión de energía que comparten barridos con bancos de condensadores, variadores de frecuencia, sistemas SAI, rectificadores, inversores solares y dispositivos de corrección de la distorsión de la red eléctrica.
Los armónicos se ocultan bien.
Una instalación puede superar la puesta en servicio con un determinado nivel de producción, una configuración concreta del banco de condensadores y una condición de cortocircuito de la red eléctrica; sin embargo, seis meses después, el condensador de arranque puede empezar a fundirse debido a que un transformador adicional, una línea de alimentación o un ajuste operativo del sistema de almacenamiento de energía por batería (BESS) ha alterado la resonancia de la red.
¿A quién hay que culpar entonces: al proveedor de la batería, al fabricante del condensador, a la empresa eléctrica o al diseñador que solo tuvo en cuenta una situación de funcionamiento?
Echo un vistazo sin tapujos: La evaluación de armónicos en el sistema eléctrico no es una simple opción que se marque en un programa informático.. Se trata de un análisis en profundidad de la causalidad eléctrica. El diseñador debe identificar qué provoca la distorsión, qué la intensifica, qué equipos la absorben y qué acontecimiento variable transforma una forma de onda aceptable en un fallo costoso.
Qué debe confirmar realmente una evaluación de armónicos en un sistema eléctrico
Un estudio exhaustivo sobre la calidad de la energía eléctrica en lo que respecta a los armónicos debería abordar cinco cuestiones:
¿Qué armónicos de tensión y corriente existen antes de conectar los nuevos dispositivos?
¿Qué propiedades introducen armónicos en cada modo de funcionamiento?
¿Dónde se encuentran las frecuencias de recogida y de resonancia paralela?
¿Qué configuración operativa genera la mayor distorsión o el mayor uso de herramientas posible?
¿Qué medida de mitigación funciona sin generar un problema adicional en otro lugar?
Parece algo elemental. Pero no lo es.
Una comprobación de frecuencia podría revelar un perfil de resistencia inofensivo mientras todas las etapas de condensadores estén conectadas. Si se desconecta una etapa tras un proceso de fusibles, se cambia la fuente de energía o se desactiva un transformador, la frecuencia de resonancia podría desplazarse directamente a la 5.ª, 7.ª, 11.ª o 13.ª armónica.
Por lo tanto, el estudio requiere porcentajes superiores al THD. Como mínimo, espero ver:
Punto de excitación y impedancia de transferencia dependientes de la frecuencia
Tensión armónica individual y espectros existentes
Distorsión armónica total (THD) de la tensión y distorsión global actual
Corriente eficaz, tensión y carga térmica del condensador
Carga armónica en transformadores y cables
Nivel de sensibilidad a la distorsión del voltaje histórico
Resultados de cumplimiento en el factor de combinación habitual
Rendimiento de la reducción en configuraciones normales y de contingencia
Una verdad incómoda: un informe elaborado a partir de un esquema de una sola línea, conjuntos habituales de fuentes de corriente y una única situación de carga máxima no constituye un estudio de armónicos. Se trata de una predicción basada en suposiciones convenientes.
Por qué el análisis armónico de los sistemas BESS es mucho más complicado que la ficha técnica de un inversor
Normalmente, las celdas de la batería no son la principal fuente de armónicos de CA. La principal fuente es el sistema de conversión de potencia.
Sin embargo, incluso esa afirmación resulta insuficiente, debido a que el ordenador no funciona como un generador fijo de corriente armónica. Su respuesta, que depende de la frecuencia, puede variar en función de la potencia activa, la potencia reactiva, la tensión de la red, el modo de control, la configuración del filtro, la variedad de bloques convertidores en funcionamiento y la resistencia de la red.
Un estudio de investigación sobre el BESS debe analizar, como mínimo, los siguientes aspectos:
Carga máxima
Descarga máxima
Procedimiento de bajo consumo
Funcionamiento con potencia activa nula o con apoyo VAR
Configuraciones de adaptación a la red y de formación de red, cuando proceda
Accesibilidad parcial a PCS
Diferentes regiones de estado de carga y su influencia en la tensión continua
Variantes de grifos «Transformer»
Grados de cortocircuito energéticos mínimos y óptimos
Configuraciones típicas y de reserva de bancos de condensadores
El BESS está conectado, pero no genera potencia activa
Ese último problema se pasa por alto constantemente. No debe ser así.
Un convertidor que funciona en ralentí puede seguir aportando una inmunidad a la red que depende de la frecuencia. Puede aumentar la distorsión de la tensión ambiental incluso cuando su propia emisión de corrientes armónicas es moderada. El informe general del Grupo de Combinación de Sistemas Eléctricos de 2024 señala que los recursos basados en inversores que funcionan correctamente casi nunca generan por sí mismos niveles graves de armónicos, a menos que la vibración los potencie; cuando se producen problemas de inyección, los armónicos de orden inferior causados por imperfecciones del inversor suelen ser mucho más significativos que los armónicos característicos de la conmutación.
Ten en cuenta un Sistema de armario ESS para empresas y comercios de 100 kW y 215 kWh. Su potencia nominal y sus clasificaciones de potencia ayudan a definir la tarea, pero la información del producto deja, acertadamente, la tensión del sistema, la refrigeración, la química, las comunicaciones y la integración final con el ordenador sujetas a confirmación. Esa información que falta sobre el ordenador y el transformador es precisamente lo que necesita una versión armónica del BESS.
Esa misma advertencia se aplica con mucha más intensidad a un sistema de almacenamiento de energía comercial y industrial en contenedores. Un contenedor puede incorporar numerosas cadenas de baterías, bloques PCS, transformadores, accionamientos complementarios, equipos de calefacción y refrigeración, BMS, EMS y aparamenta. Hasta que se confirme la configuración del proyecto, el modelo armónico es provisional; no es erróneo, pero sí provisional.
Bancos de condensadores: potencia reactiva asequible, vibraciones costosas
Los condensadores parecen sencillos en un esquema de una sola línea. Desde el punto de vista eléctrico, son dispositivos selectivos en frecuencia.
La reactancia capacitiva disminuye a medida que aumenta la frecuencia:
[X_C = \frac{1}] Esto significa que un banco de condensadores que ofrezca una resistencia considerable a 50 o 60 Hz podría constituir una vía muy atractiva para la corriente armónica a 250, 300, 350 o 420 Hz. El resultado puede ser un aumento de la corriente de los condensadores, incluso cuando el THD de la tensión del bus parezca aceptable.
Las directrices del NREL sobre sistemas de tipo microrred especifican que las corrientes armónicas sin filtrar se conducen a los condensadores de corrección del factor de potencia, ya que su resistencia disminuye con la frecuencia. Esos bancos pueden actuar como sumideros de corrientes armónicas y verse sometidos a una carga excesiva; esas mismas directrices recomiendan realizar un análisis de diseño respaldado por mediciones antes de optar por filtros pasivos o activos.
Este sistema peligroso suele ser de uno de estos dos tipos:
Vibración idéntica desarrolla una elevada inmunidad de la red en torno a la frecuencia de resonancia. A partir de ahí, una corriente armónica relativamente pequeña puede generar una tensión armónica elevada.
Vibración de la recogida produce un circuito de baja impedancia. La corriente armónica puede alcanzar valores elevados en el condensador, la bobina de choque, el transformador o el cable, incluso cuando la distorsión de tensión en el resto del circuito se mantiene discretamente moderada.
Un presupuesto habitual para una evaluación inicial es:
[h_r ≈ √ ] donde (hr) es el orden armónico aproximado de mayor intensidad, (S SC) es la resistencia al cortocircuito, y (Q_C) es la capacidad del banco de condensadores en unidades compatibles.
¿Es útil? Sí.
¿Es suficiente? No.
La fórmula no tiene en cuenta la topología de la red, la capacitancia de los cables, la acción reguladora de los transformadores, las múltiples entidades financieras, la amortiguación de la carga, los filtros ni la insensibilidad de los convertidores. La utilizo para identificar la incertidumbre, no para ofrecer una valoración de diseño.
Un caso documentado en el informe general de ESIG de 2024 ilustra perfectamente este punto. En un principio, los ingenieros atribuyeron el problema a los inversores de las turbinas eólicas tras detectarse una distorsión de tensión inadecuada en un parque eólico. Un análisis más detallado reveló que la distorsión era mayor cuando las turbinas estaban desactivadas: la causa era una resonancia de noveno armónico en la que intervenían los cables de la red de distribución, los condensadores de la subestación, la saturación del transformador y el desequilibrio del sistema. Al modificar los condensadores, se desajustó la red.
El inversor era el principal sospechoso.
Además, se trataba del sospechoso equivocado.
Los armónicos de carga industrial son problemas relacionados con el estado de funcionamiento
“Parcelas industriales” no es un modelo armónico valioso. Se trata de una categoría de facturación.
El modelo debe distinguir las tecnologías reales que hay detrás de los megavatios:
Variadores de frecuencia de seis y doce pulsos
Accionamientos con etapa de salida activa
Variadores de corriente continua y rectificadores
Productos de alimentación ininterrumpida
Materiales para fuentes de alimentación conmutadas
Equipos de soldadura
Calentadores de arco e inducción
Electrolizadores
Sistemas de recarga para camiones eléctricos
Enormes cargas de procesamiento de datos
Luces LED
Efectos de la magnetización y de la saturación del transformador
Un rectificador ideal de seis pulsos suele asociarse con armónicos concretos de orden (h = 6k ± 1), lo que hace que el quinto y el séptimo sean los más habituales, seguidos por el undécimo y el decimotercero. Sin embargo, los rangos de área rara vez son óptimos. La resistencia de la fuente, la inductancia del enlace de corriente continua, el desequilibrio de disparo, la carga del variador, el solapamiento de conmutación, los enlaces del transformador y la distorsión de la tensión de fondo influyen tanto en el tamaño como en el ángulo de fase.
La agregación también es importante. Las corrientes armónicas procedentes de veinte variadores no se suman necesariamente de forma aritmética. Las diferencias en el ángulo de fase pueden provocar fallos en la conexión. Sin embargo, dar por sentado que la conexión es óptima es igualmente imprudente.
Los centros de datos modernos también están creciendo a un ritmo que está transformando el concepto de “comercial”. Un informe del Departamento de Energía de Estados Unidos de diciembre de 2024 reveló que los centros de datos estadounidenses consumieron unos 176 TWh en 2023, lo que representa aproximadamente el 4,41 TP3T del consumo nacional de energía eléctrica, y pronosticó un aumento hasta aproximadamente el 6,71 TP3T– 12% para 2028. Por este motivo, los grandes centros alimentados por SAI y con una alta densidad de electrónica de potencia pueden ser objeto de la misma técnica de modelización que, históricamente, se ha reservado para las acerías y las plantas químicas.
Por lo tanto, no acepto “lotes de motores” ni “carga electrónica” como datos definitivos para el diseño. Quiero el tipo de herramientas, el número de impulsos, la topología de control, la variedad de empaquetamiento, el número de dispositivos, la conexión del transformador, el rango de armónicos y, cuando sea posible, los ángulos de fase medidos.
Conjunto mínimo de datos necesario para un estudio de armónicos de alta calidad y bien fundamentado
La calidad final de un estudio de investigación viene determinada por la calidad de los datos de entrada. Ningún solucionador puede recuperar información del transformador que nadie haya recopilado.
Se solicita opinión
Por qué es importante
Un sustituto mediocre que sin duda pondría en duda
Significado típico de la combinación
Determina dónde se comprueba la conformidad
Utilizar el parquímetro más cercano y sin complicaciones
Grados máximos y mínimos de fallo de la red eléctrica
Aplica potentes regularidades y corrige la distorsión
Un cortocircuito “habitual” que merece la pena
Resistencia del transformador, grupo vectorial y tomas
Afecta a las trayectorias de los impactos, la resonancia y el agotamiento
Solo la potencia nominal (MVA)
Televisión por cable y geometría de las líneas aéreas
Establece la resistencia, la inductancia y la capacitancia en función de la frecuencia
Solo reactancia de frecuencia fundamental
Tamaños de las etapas del banco de condensadores y lógica de conmutación
Variaciones de la frecuencia de resonancia en función del estado de funcionamiento
Total de kvar instalados
Tolerancias de los componentes del reactor y del filtro
Determina la afinación y la desafinación
Regularidad de ajuste nominal
Modelo armónico o espectros de un proveedor de ordenadores
Representa el disparo de BESS y la insensibilidad
Inversor PWM común
Espectros de variadores de frecuencia (VFD), sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) y rectificadores
Define los recursos armónicos industriales
Una tonelada no lineal combinada
Dimensiones actuales de la distorsión de tensión
Utilidad de los registros y antecedentes de los clientes vecinos
Pensar en un recurso totalmente sinusoidal
Horarios de funcionamiento y planes de contingencia
Identifica los peores casos más conocidos
Solo lotes máximos
Clase del contador y detalles del muestreo
Determina si las mediciones son fiables
Captura de pantalla de un medidor de panel
Clasificación de herramientas según su resistencia a la fatiga armónica
Convierte la distorsión directamente en riesgo inmobiliario
Cómo realizar un estudio armónico sin engañarte a ti mismo
Unas operaciones defendibles son un proceso iterativo. El análisis dimensional orienta la elaboración de modelos; la elaboración de modelos identifica las mediciones que faltan; a continuación, se evalúa la mitigación en relación con ambos.
1. Definir el límite de conformidad
Identifica los puntos de acoplamiento típicos, los terminales de las herramientas, los buses internos y los puntos de cota reglamentarios.
Haz esto lo primero. De lo contrario, el grupo podría pasar semanas demostrando que cumple con la normativa en un autobús en el que nadie está obligado a cumplirla.
2. Dimensiones estándar de los conductos
Registra las formas de onda de tensión y corriente antes de conectar el nuevo sistema de almacenamiento de energía por baterías (BESS), el banco de condensadores o la carga comercial.
Las dimensiones deben incluir:
Fabricación normal
Duración de las cargas ligeras
Conmutación de condensadores
Puestas en marcha de grandes sistemas de accionamiento o modificaciones en los procedimientos
Transferencias de fuentes de servicios públicos
Horario de apertura entre semana y los fines de semana
Magnitud y fase de los armónicos privados
Tensión y desequilibrio existente
Ocasiones de corta duración en las que sea razonable
Una sola imagen de 15 minutos constituye una prueba de un periodo de 15 minutos. Nada más.
3. Comprobar la versión de frecuencia fundamental
Antes de analizar el armónico de orden 25 o 50, comprueba que el diseño de flujo de carga reproduzca la tensión medida a 50 o 60 Hz, la corriente, la potencia, la carga del transformador y el flujo de potencia reactiva.
Las versiones básicas negativas hacen que los gráficos armónicos avanzados parezcan fiables, aunque sigan siendo erróneos.
4. Construir la red dependiente de la frecuencia
Representar transformadores, cables, líneas de distribución, generadores, equivalentes energéticos, filtros, bancos de condensadores, reactores e interfaces de usuario de convertidores en todo el rango de frecuencia necesario.
La amortiguación a alta frecuencia merece una atención especial. ESIG advierte de que, si se omiten la resistencia relacionada con el efecto piel y otros tipos de amortiguación dependientes de la frecuencia en los modelos de transitorios electromagnéticos, pueden producirse resonancias excesivamente graves que no se dan en el sistema físico.
5. Realizar comprobaciones de resistencia
Realiza comprobaciones de la resistencia en los puntos de conducción en:
El PCC
Terminales BESS PCS
Cuadros eléctricos principales
Barreras de bancos de condensadores
Grandes barras colectoras con carga no lineal
Puntos de conexión del filtro
Calcula también la insensibilidad a la transferencia entre fuentes armónicas significativas y los buses afectados. Una fuente puede estar eléctricamente alejada a 60 Hz, pero estar estrechamente acoplada a la frecuencia de resonancia.
6. Aplicar fuentes armónicas sensatas
Siempre que sea posible, utilice los espectros facilitados por el proveedor o las dimensiones confirmadas. Diseñe el tamaño y la etapa de los armónicos en función del punto de funcionamiento, en lugar de utilizar un espectro fijo para cada condición.
En el caso de las fuentes basadas en inversores conectadas a la red de transmisión, pueden ser necesarias versiones acopladas por impedancia o por frecuencia. Las representaciones sencillas de fuente de corriente ideal no pueden reflejar la amplificación provocada por la interacción entre el convertidor y la red.
7. Elaborar una matriz de situaciones
Como mínimo, incluye:
Resistencia mínima y óptima de la red
Todas las combinaciones de etapas de bancos de condensadores
Ajustes de coste, descarga, ralentí y VAR del BESS
Disponibilidad total y parcial de los ordenadores
Máximos y mínimos en la fabricación industrial
Situaciones de emergencia en transformadores y líneas de distribución
Nivel de sensibilidad ante la distorsión de la historia
Filtro en servicio y fuera de servicio
Tolerancias previstas de los componentes
Futuras fases de ampliación
Esto genera numerosas instancias. Genial.
La cuestión no es reducir el número de simulaciones. Lo importante es encontrar el caso que la planta acabará descubriendo por sí misma.
8. Evaluar por separado el cumplimiento normativo y la responsabilidad en materia de herramientas
Una instalación puede cumplir los límites de distorsión del PCC al tiempo que somete a una sobrecarga excesiva a un banco de condensadores interno. Asimismo, puede superar un límite legal sin que ello suponga un riesgo inmediato para los equipos.
Estas son algunas reflexiones finales. El informe no debe ocultarlas.
9. Diseño y nuevas pruebas de mitigación
Cada dispositivo de mitigación modifica la inmunidad del sistema. Tras añadir un filtro, un reactor, un transformador o un condensador, repite la matriz de circunstancias completa.
Nunca, bajo ningún concepto, compruebes el filtro justo en la situación que motivó su compra.
10. Comprobar durante la puesta en servicio
Coloca el sistema montado en los mismos estados de funcionamiento que se han utilizado en el modelo. Compara los espectros armónicos, los comportamientos resonantes, la corriente de los condensadores y la eficiencia de los filtros.
Una gran desigualdad no es un problema de cobertura estética. Implica que hay que modificar los supuestos, las dimensiones, la configuración del equipo o la versión.
IEEE 519 e IEEE 2800: las restricciones no constituyen una “directriz 5%” universal”
La norma IEEE 519-2022 establece objetivos de control de armónicos para sistemas compuestos por componentes lineales y no lineales. Sus restricciones relativas a la tensión en régimen estacionario y a la distorsión armónica se aplican en función del factor de acoplamiento habitual del usuario, y no directamente en cada bus interno ni en cada terminal de equipo individual.
Del mismo modo, la distorsión existente no puede reducirse a un único porcentaje universal de THDi. La norma IEEE 519 evalúa las restricciones de corriente utilizando la distorsión total de la demanda y la relación entre la corriente de cortocircuito disponible y la corriente óptima de la carga de demanda. Un PCC débil y un PCC sólido no tienen los mismos límites de corriente.
En lo que respecta a los proyectos de transmisión y subtransmisión, la norma IEEE 2800-2022 establece los requisitos mínimos de interconexión y rendimiento para los recursos basados en inversores (IBR), entre los que se incluye la máxima calidad de la energía. El apoyo técnico del IEEE relacionado con esta norma recomienda la realización de análisis de impacto armónico para los proyectos de IBR conectados a la red de transmisión.
Mi principio es sencillo: identificar todas las necesidades relevantes antes de pasar a la fase de modelización.
Entre ellos pueden figurar:
Requisitos del IEEE
Normas de interconexión de las empresas de servicios públicos
Requisitos del código de red
Límites del fabricante de herramientas
Acuerdos de proyecto
Problemas con las pólizas de seguro
Requisitos de calidad de la energía específicos de cada propietario
El hecho de superar una norma no implica automáticamente que se cumplan las otras cinco.
¿Cuál es, en realidad, el mejor método de mitigación de armónicos?
No existe un filtro armónico ideal para todos los sistemas eléctricos industriales.
Solo hay una forma de actuar eficaz ante un sistema consolidado.
Enfoque de mitigación
Ideal para
Ventaja principal
Amenaza principal
Banco de condensadores desintonizado
Modificación del factor de potencia cuando es necesario desplazar la vibración
Combina la compatibilidad con Kvar con el control de vibraciones
Calefacción doméstica con activador y punto de desintonización incorrecto
Filtro pasivo de una sola frecuencia
Órdenes armónicas seguras y dominantes
Absorción fiable de alta corriente
Genera resonancias cercanas
Filtro de paso alto
Distorsión generalizada de alta frecuencia
Protección para frecuencias más altas
Pérdidas fundamentales y capacitancia añadida
Filtro armónico energético
Lotes no lineales variables y rangos cambiantes
Compensación dinámica
Restricciones de intensidad nominal y comunicación de control
Filtro híbrido activo-pasivo
Presencia de armónicos elevados con problemas de fluctuación
Comparte una carga constante y dinámica
Una sincronización más compleja
Activador de línea o bobina de enlace de corriente continua
Medidas de mitigación para cada variador de frecuencia (VFD) o rectificador
Sencillo y cercano
Reducción limitada
Configuración del transformador multipulso
Grandes rectificadores de toneladas
Elimina los armónicos específicos seleccionados
Coste del transformador y sensibilidad al desequilibrio
Convertidor de entrada activa
Cargas que requieren una conexión bidireccional o regulada a la red existente
Menor distorsión específica cuando está bien ajustado
Descargas de mayor frecuencia y hábitos de control
Redimensionamiento o traslado de un banco de condensadores
Resonancia impulsada por las herramientas kvar existentes
Elimina el sistema de origen
Puede reducir la asistencia de tensión o de factor de potencia
Reconfiguración de la red
Vibración determinada por la topología
Se puede resolver el problema sin necesidad de otro filtro
Quizá no sea lo más sensato desde el punto de vista operativo
El NREL tiene en cuenta que los filtros activos pueden funcionar como dispositivos independientes o integrarse directamente en un sistema de almacenamiento de energía en batería. Esto no significa que todos los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) deban ofrecerse como filtros de armónicos para toda la instalación; aún deben analizarse la presencia de convertidores disponibles, la transferencia de datos de control, las limitaciones de la garantía de servicio, los controles de seguridad y los compromisos sincronizados de potencia activa y reactiva.
Y los filtros contraatacan.
Una rama sintonizada añade capacitancia. Esa mejora puede generar una resonancia totalmente nueva por debajo de la frecuencia de sintonización. El envejecimiento de los componentes, la temperatura, las resistencias de fabricación, los elementos capacitivos defectuosos y las configuraciones conmutadas pueden, a su vez, desplazar de nuevo la resonancia.
“Configurar un filtro” no es una conclusión.
Es el comienzo de otro caso de investigación.
Los errores de investigación que sin duda señalaría en una revisión técnica
Suponiendo que la fuente de la red eléctrica es totalmente sinusoidal
Existe una distorsión de fondo. Es posible que el nuevo BESS la amplifique, en lugar de generarla.
Utilizando un nivel de cortocircuito de una red eléctrica
La resonancia suele intensificarse cuando la intensidad de la red es mínima, pero una resistencia óptima puede provocar diversos problemas relacionados con la corriente de servicio. Ambos aspectos son importantes.
Modelización de bancos de condensadores como un único bloque de kvar gestionado
Los bancos automáticos cambian por fases. Cada combinación válida de fases da lugar a una red diferente.
Tratar todas las unidades como recursos existentes similares
La topología del accionamiento, el llenado, la configuración del estrangulador, la conexión del transformador y el ángulo de fase influyen en la agregación.
Estudio del BESS únicamente a la descarga nominal
La facturación, el funcionamiento en modo estable, la asistencia de potencia reactiva, la disminución de la disponibilidad del PCS y las transiciones entre modos de control pueden dar lugar a diversos resultados.
Pasar por alto la inmunidad del convertidor
Un inversor puede aumentar la distorsión ambiental debido a su insensibilidad dependiente de la frecuencia, incluso cuando se reduce su inyección de armónicos directos. ESIG considera que este mecanismo de amplificación constituye un motivo de gran preocupación para las centrales basadas en inversores.
Sin tener en cuenta la amortiguación dependiente de la frecuencia
Esto puede dar lugar a fenómenos de vibración espectaculares que desaparecen cuando se tienen en cuenta las resistencias reales del cable, del transformador y de la línea.
Selección de filtros según el menor coste de los recursos
Un filtro económico que altere el flujo de potencia reactiva, provoque sobrecargas durante una situación de emergencia o genere una resonancia cercana no resulta rentable. Es un gasto que acabará generándose más adelante.
THD de cobertura sin armónicos privados
Dos autobuses pueden tener exactamente el mismo THD y, sin embargo, presentar riesgos totalmente diferentes. La responsabilidad de los condensadores, el calentamiento de los transformadores, las interferencias en los sistemas de control y las vibraciones dependen de la frecuencia.
Ocultar la incertidumbre
Es posible que las versiones de los proveedores no estén disponibles antes de la adquisición. Los lotes futuros podrían ser de carácter especulativo. La resistencia de la red eléctrica podría indicarse en forma de rango.
Indica cuáles son esas incertidumbres. A continuación, realiza un análisis de sensibilidad.
Una precisión falsa es peor que una exposición sincera.
Qué debe aportar la evaluación final de la distorsión armónica
Un expediente especializado debe constar de:
Gama y requisitos adecuados
Se han definido los PCC y los autobuses de evaluación interior
Registro de datos de origen
Resumen de la campaña «Dimension»
Supuestos y restricciones de diseño
Situaciones relacionadas con la impedancia de las redes de suministro
Modelos de fuentes armónicas
Gráficos de barrido de frecuencias
Rangos de tensión y corriente armónica
Tablas de cumplimiento
Derechos de aduana sobre condensadores, transformadores, cables y filtros
Resultados habituales y de contingencia
Nivel de sensibilidad a la distorsión de fondo
Opciones de mitigación
Peligros residuales
Plan de pruebas de puesta en servicio
Registro de archivos modelo indígenas
Responsabilidades claras en caso de datos de proveedores sin resolver
También espero una respuesta concisa a tres preguntas: ¿Se cumplirá con los requisitos del trabajo? ¿Funcionarán bien las herramientas? ¿Qué hay que cambiar antes de la puesta en servicio?
Todo lo demás contribuye a esas reacciones.
Preguntas frecuentes
¿En qué consiste el análisis de armónicos en los sistemas eléctricos?
El análisis de armónicos de un sistema eléctrico es un estudio de diseño que evalúa la tensión y la distorsión existente, identifica las frecuencias dominantes y sus fuentes, comprueba el cumplimiento de los requisitos en el punto de conexión habitual y predice si los transformadores, los cables, los bancos de condensadores, los convertidores, los relés o los filtros están sometidos a tensiones eléctricas o térmicas indeseables.
Por lo general, integra mediciones de superficie, modelización de redes en función de la frecuencia, información sobre fuentes de armónicos, análisis de impedancia, análisis de escenarios y reconocimiento tras la instalación.
¿En qué se diferencia exactamente el análisis de armónicos de los sistemas BESS de un estudio de carga media?
El análisis armónico de BESS consiste en el análisis en el dominio de la frecuencia y, cuando sea necesario, el análisis de transitorios electromagnéticos para determinar con exactitud cómo un sistema de conversión de energía de batería genera, absorbe o amplifica la distorsión durante la carga, la descarga, el funcionamiento en reposo, el suministro de potencia de respuesta o la modificación de los parámetros de control, en función de diferentes condiciones de intensidad de la red y disponibilidad de los equipos.
A diferencia de los sistemas no lineales reparados, un BESS es bidireccional y está muy bien gestionado. Su punto de funcionamiento y su resistencia, que depende de la frecuencia, pueden variar a lo largo del día.
¿Pueden las instituciones financieras que utilizan condensadores provocar vibraciones armónicas?
La resonancia armónica de un banco de condensadores es la amplificación de la tensión o corriente armónica que se produce cuando la inductancia del sistema y la capacitancia instalada desarrollan una periodicidad natural cercana a una fuente armónica existente, lo que permite que una distorsión de fondo relativamente modesta genere una corriente elevada, una sobretensión, la activación de los fusibles, un sobrecalentamiento o un fallo del equipo.
Los activadores desajustados, el redimensionamiento de bancos, los desplazamientos, los cambios de control por etapas, los filtros sencillos, los filtros energéticos o la reconfiguración de la red pueden solucionar el problema; sin embargo, cada opción debe analizarse en todos los estados de conmutación plausibles.
¿Cómo se lleva a cabo un estudio de investigación armónica?
Un estudio de armónicos bien fundamentado se lleva a cabo especificando el PCC y las restricciones, recopilando mediciones de campo e información de los proveedores, elaborando un modelo de red dependiente de la frecuencia, analizando la insusceptibilidad, aplicando espectros de armónicos razonables, probando las condiciones de funcionamiento, inspeccionando las cargas de los equipos, diseñando medidas de reducción y contrastando el modelo final con el comportamiento medido.
El orden es importante. Elegir un filtro antes de determinar la resonancia y el recurso suele ser una apuesta arriesgada.
¿Cuáles son los mejores filtros armónicos para las redes eléctricas comerciales?
El mejor filtro armónico para una red eléctrica comercial es aquel dispositivo o combinación de dispositivos que elimina la distorsión detectada sin generar nuevas vibraciones, sin contravenir las demandas de potencia reactiva, sin sobrecargar los sistemas de respaldo ni depender de una respuesta de control que no pueda mantenerse segura en todo el rango de funcionamiento de la instalación.
En el caso de cargas constantes, puede ser preferible utilizar filtros pasivos ajustados. Las cargas que varían rápidamente pueden justificar el uso de filtros activos. Las instalaciones con corrientes elevadas suelen necesitar soluciones híbridas.
¿Cuándo debería un centro comercial encargar un estudio sobre armónicos de alta calidad en el suministro eléctrico?
Un centro industrial debería encargar un estudio sobre armónicos antes de incorporar variadores de frecuencia (VFD) de gran potencia, rectificadores, sistemas SAI, calentadores de arco, bancos de condensadores, inversores solares o equipos de almacenamiento de energía en baterías (BESS), y volver a hacerlo cuando se produzcan sobrecalentamientos inexplicables, disparos indeseados, fallos en los condensadores, funcionamiento incorrecto de los relés o mediciones de formas de onda que indiquen que la configuración actual de la red ya no es adecuada para la planta.
El momento más económico es antes de la adquisición. El momento más caro es después de que los dispositivos se hayan averiado repetidamente.
Especifica el estudio de armónicos antes de adquirir el equipo
No esperes a que los condensadores se carguen para ponerlo en marcha.
Definir el PCC, recabar los datos del equipo informático y de las cargas no lineales, evaluar la distorsión existente, modelar todos los estados de conmutación fiables e incluir la validación de armónicos en el proceso de adquisición, en lugar de que sea una cuestión que se aborde tras la puesta en servicio.
Para un proyecto de sistema de almacenamiento de energía en batería (BESS) o de almacenamiento comercial, envíe los datos relativos a la potencia del sistema, la energía, la tensión, la configuración del transformador, la información sobre el banco de condensadores, el inventario de cargas no lineales, los grados de fallo energético y los parámetros de funcionamiento deseados, con el fin de realizar un análisis de armónicos específico para el proyecto y elaborar una estrategia de mitigación.
