Estudio armónico basado en normas IEC

Este enfoque, utilizado fundamentalmente en Europa, Asia, y muchas otras regiones, Se diferencia del método IEEE en su estructura normativa., particularmente en lo que respecta a técnicas de medición y agrupación espectral .

1. Marco normativo y principios fundamentales de la IEC

A diferencia del enfoque IEEE, que se centra en los límites en el punto de conexión, la arquitectura IEC es modular. Distingue claramente entre métodos de medición., límites de emisiones del equipo, y técnicas de análisis de redes.

1.1 La estructura de la CEI 61000 Serie

Para un estudio armónico completo, debes entender la interacción entre varios estándares:

  • IEC 61000-4-7: Este es el núcleo técnico de su estudio.. Define la medida “caja de instrumento”: cómo instrumentar, muestra, y procesar señales para armónicos e interarmónicos hasta 9 kHz .
  • IEC 61000-4-30: Esto define las clases de rendimiento de los instrumentos de medición. (Clase A para estudios avanzados., garantizando la máxima precisión) .
  • IEC 61000-3-2 / -3-12: Estos establecen los límites de emisión de corriente armónica para equipos individuales. (≤16A y >16A por phase, respectivamente) .
  • CEI TR 61000-3-6 / -3-7: Informes técnicos (no normativo pero autoritativo) Proporcionar principios para determinar los límites de conexión para instalaciones distorsionantes en MT., alto voltaje, y redes EHV.

1.2 Definiciones clave según IEC 61000-4-7

La IEC introduce conceptos específicos para manejar la naturaleza no estacionaria de los armónicos:

  • Componente espectral (Ci): El valor RMS de la transformada discreta de Fourier (DFT) salida para una frecuencia dada (5 Resolución Hz) .
  • Subgrupo armónico (hg): Para combatir los efectos de fuga espectral, la línea armónica exacta se agrupa con las dos líneas espectrales inmediatamente adyacentes. Este valor se utiliza para comparaciones con límites. .
  • Subgrupo interarmónico (IG): La agrupación de componentes espectrales ubicadas entre armónicos consecutivos. .

Eje de frecuencia — 5 contenedores Hz (10-ventana de ciclo, 50 sistema Hz)

45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 Hz hg h = 1 (50 Hz) IG entre h=1 y h=2 hg h = 2 (100 Hz)
$$GRAMO_{sg,h} = \sqrt{\suma_{yo=-1}^{+1} C^2_{n \cdot h + yo}}$$

Subgrupo armónico HG

$$GRAMO_{isg,h} = \sqrt{\suma_{yo=2}^{N-1} C^2_{n \cdot h + yo}}$$

Subgrupo interarmónico IG(norte = 10, entonces yo = 2..9, 8 contenedores)

$$GRAMO_{sg,h+1} = \sqrt{\suma_{yo=-1}^{+1} C^2_{n(h+1) + yo}}$$

Subgrupo armónico HG (h+1)

Subgrupo armónico (hg) — contenedor armónico ± 1 vecino Subgrupo interarmónico (IG) - 8 contenedores entre armónicos

Figura 1: Agrupación Armónica e Interarmónica según IEC

Nota técnica: El subgrupo armónico de orden n (hgn) es la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de la línea armónica n y las dos líneas espectrales adyacentes. Este método reduce la incertidumbre debido a las fluctuaciones de frecuencia fundamentales. .

2. Adquisición y modelado de datos

La precisión de un estudio basado en IEC depende del estricto cumplimiento de los parámetros de medición y de la caracterización detallada de la fuente..

2.1 Datos de red y punto de conexión

  • Impedancia de red: A diferencia del enfoque americano, que a menudo utiliza la relación de cortocircuito, el enfoque europeo (alineado con guías como el G5/4 o G5/5 del Reino Unido) a menudo requiere impedancia armónica. Idealmente, el operador de red proporcionalugares de impedancia como una función de la frecuencia .
  • Distorsión de fondo: Mediciones en sitio segúnIEC 61000-4-30 Clase A (10-ventana de ciclo, sincronización precisa) durante un período representativo (a menudo una semana) .

2.2 Datos de carga no lineales (Modelo Norton)

Mientras que la CEI 61000-4-7 no prescribe un modelo de cálculo específico, Práctica industrial y estándares más nuevos. (como IEC 61400-27-3 para energías renovables) requieren modelos robustos :

  • Fuente de corriente armónica (yo): El espectro de emisión del convertidor o carga., medido en un laboratorio según IEC 61000-3-2.
  • Impedancia Norton (zh): La impedancia interna vista desde los terminales de carga.. Es crucial para detectar fenómenos de resonancia entre la carga y la red..

Mesa 1: Parámetros de medición según IEC 61000-4-30 Clase de instrumento

Parámetro Clase A (Estudios) Clase S (Encuestas)
Incertidumbre de medición (voltaje) ±0,1% (para U > 1% Ustednombre) ±1,0%
Sincronización PLL robusto con seguimiento de frecuencia Puede ser menos estricto
Agregación de tiempo muy corto (3s) y corto (10minutos) valores Idéntico

Para un estudio de cumplimiento destinado a un operador de red, el uso de instrumentos Clase A es obligatorio .

3. Metodología de Análisis Paso a Paso según IEC

3.1 Análisis de escaneo de frecuencia

Antes de calcular las distorsiones, identificar las frecuencias de resonancia del sistema combinado (red + cables + transformadores de la instalación).

  • Método: Inyectar una corriente de 1 A a una frecuencia variable y calcular la impedancia resultante..
  • Objetivo: Identificar picos de impedancia paralelos.
  • Riesgo IEC específico: Subgrupos interarmónicos (IG) puede excitar estas resonancias, incluso si se filtran armónicos enteros.
Impedancia |La| (Z) Inductivo ωL Capacitivo 1/ωC Resonancia (250 Hz)
Fres = 250 Hz - 5to orden armónico Lapico ≈ 38 Z — resonancia paralela Q ≈ 8 — factor de calidad

Figura 2: Exploración de frecuencia y riesgo de resonancia

Un pico de impedancia en 250 Hz amplificaría el quinto armónico. Si el pico está en 275 Hz, los componentes interarmónicos alrededor de esa frecuencia serán el problema.

3.2 Cálculo de la Contribución de la Instalación (incremental)

El enfoque de la CEI, adoptado por guías como G5/5, distingue entre los de su sitiocontribución incremental y eldistorsión total.

  • Fórmula: Usando el modelo Norton.Enh,Cª=Lared(h)×Lacargar(h)Lared(h)+Lacargar(h)×Yoh,fuente​En la práctica, software (fábrica de energía, ETAP, EMTP) resuelve el sistema para cada frecuencia.
  • Verificación: Este voltaje incremental no debe exceder un cierto porcentaje del voltaje de fondo. (a menudo 1% a 2% dependiendo de guías nacionales).

3.3 Cálculo de Subgrupos Armónicos

Este es el paso más característico del enfoque IEC.. No presentas el exacto 250 Línea Hz, pero el subgrupo HG5.

  1. Realice la DFT en un10-ventana de ciclo (200 sra. para 50 Hz, ~166,6 ms para 60 Hz) .
  2. Obtener las componentes espectrales C_i con una 5 Paso Hz.
  3. Calcular el subgrupo para orden armónico *n*:

HGn=∑yo=-1+1Cyo2

dondeC0​ es la línea armónica exacta, yC-1yC+1son las líneas adyacentes .

3.4 Agregación de tiempo y evaluación estadística

IEC 61000-4-30 requiere agregación para suavizar las variaciones :

  1. valores muy cortos (3 segundo): Agregación de la 15 ventanas de 200 ms.
  2. valores cortos (10 acta): Agregación de la 200 valores de 3s.
  3. Comparación: El cumplimiento generalmente se verifica en los valores cortos. (10 minutos), asegurando que 95% de los valores (o 99% dependiendo del contrato) están por debajo de los límites planificados.

4. Informe de Cumplimiento y Estudio

4.1 Comparación con niveles de compatibilidad y planificación

CEI TR 61000-3-6 define tres niveles distintos :

  • Nivel de emisión: Lo que inyecta tu instalación (los HG e IG calculados).
  • Nivel de planificación: Un límite interno para el operador de red, más estricto que el nivel de compatibilidad, para mantener un margen de seguridad.
  • Nivel de compatibilidad: El nivel de perturbación de referencia. (por ejemplo, THDv = 8%) en el cual 95% Se espera que el equipo funcione correctamente. .

Su informe debe demostrar que la suma de su contribución y la distorsión de fondo está por debajo del nivel de planificación en el Punto de Acoplamiento Común. (PCC).

4.2 Mitigación y filtrado

Si se exceden los límites, el estudio debe proponer soluciones:

  • Filtros pasivos: Sintonizado para los subgrupos armónicos problemáticos (hg).
  • Filtros activos: Inyecte corrientes para cancelar armónicos en tiempo real..
  • desafinación: Modificando la impedancia (por ejemplo, agregando reactores de línea) para alejar un pico de resonancia de las frecuencias críticas.

4.3 Contenido del Informe Final

Un informe que cumpla con IEC debe incluir:

  • Diagrama unifilar de la instalación y de la red aguas arriba.
  • Datos de entrada: Impedancia de red, cargar espectros de corriente (con comprobante de medidas o certificaciones según IEC 61000-3-2).
  • Resultados de la simulación: Tablas de HG e IG para condiciones de operación normales y de contingencia.
  • Análisis estadístico: Curvas de probabilidad acumulada de los niveles calculados en comparación con los límites. .

Conclusión: Declaración explícita de cumplimiento o un plan de acciones correctivas..

 

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