Realizar un estudio armónico para demostrar el cumplimiento de los estándares de servicios públicos es un proceso técnico crítico para conectar sistemas eléctricos modernos a la red.. Con la proliferación de recursos basados en inversores y cargas no lineales, Las empresas de servicios públicos ahora hacen cumplir estrictamente estándares como IEEE 519 o UK G5/5 para garantizar la calidad de la energía y la estabilidad del sistema..
A continuación se muestra una guía técnica que describe la metodología sistemática para realizar un estudio armónico., basado en estándares internacionales actuales.
1. Conceptos fundamentales y marco regulatorio
Antes de comenzar los cálculos, Es esencial comprender las normas que lo rigen y los fenómenos físicos en juego..
1.1 Comprender la distorsión armónica
Los armónicos son tensiones o corrientes sinusoidales con frecuencias que son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental. (por ejemplo, 60 Hz o 50 Hz) . Son generados por cargas no lineales como los variadores de frecuencia., iluminación LED, e inversores. Estas distorsiones pueden provocar el sobrecalentamiento del equipo., pérdidas del transformador, y mal funcionamiento de la protección .
1.2 Normas aplicables
La elección del estándar depende de su ubicación geográfica y de los requisitos de servicios públicos.:
- IEEE Std 519-2014: Utilizado principalmente en América del Norte., Esta norma establece la calidad de la energía en el punto de acoplamiento común. (PCC). Limita tanto la distorsión armónica individual (CI) y la distorsión armónica total (THD) de voltaje y corriente .
- Recomendación de ingeniería G5/5: Obligatorio en el Reino Unido, Esta norma requiere una evaluación más estricta tanto de la (el aporte de tu planta) y total (fondo + incremental) voltajes armónicos, A menudo se evalúa hasta el armónico 100. .
2. Adquisición de datos y modelado de sistemas
La precisión de un estudio armónico depende completamente de la calidad de los datos de entrada..
2.1 Datos de utilidad (Punto de acoplamiento común)
Debe obtener lo siguiente del Operador de la Red de Distribución (ABAJO) o utilidad:
- Tensiones armónicas de fondo: Generalmente se basa en dos semanas de datos medidos en el PCC para capturar variaciones operativas normales. .
- Loci de impedancia armónica: Esto describe cómo la impedancia de la red varía con la frecuencia.. Es fundamental para identificar posibles resonancias.. El formato preferido es el de sobres desagrupados para cada orden armónico. .
- Fuerza de la red: Generalmente expresado como relación de cortocircuito (SCR) en el PCC.
2.2 Datos del equipo (OEM)
El fabricante de equipos originales (OEM) debe proporcionar un modelo equivalente a Norton de la planta (inversor, drive, etc.). este modelo, esencial para una simulación precisa, consta de dos partes para cada frecuencia :
- Fuente de corriente Norton: La magnitud y el ángulo de fase de la corriente armónica inyectada por el dispositivo..
- Impedancia Norton: La impedancia interna del dispositivo., lo que afecta la forma en que interactúa con las resonancias de la red.
Figura 1: Ejemplo de armónicos (Interactivo)
Forma de onda distorsionada resultante de la combinación de frecuencias fundamentales y armónicas. (Totalmente interactivo).
3. Metodología de análisis armónico paso a paso
Una vez recopilados los datos, El estudio avanza a través de una serie de pasos analíticos utilizando software especializado. (por ejemplo, ETAP, Fábrica de energía DIgSILENT).
3.1 Análisis de escaneo de frecuencia
El primer paso es un barrido de frecuencia para identificar condiciones resonantes.. El software inyecta una corriente de frecuencia variable y mide la impedancia..
- Objetivo: Identificar paralelo (alta impedancia) y serie (baja impedancia) puntos de resonancia.
- Riesgo: Si un pico de resonancia se alinea con una frecuencia armónica característica (por ejemplo, 5ª, 7ª, 11ª), Los voltajes armónicos se amplificarán., lo que lleva a una alta distorsión .
Figura 2: Resonancia de armónicos en el 5º armónico (ejemplo)
Impedancia vs.. Gráfico de frecuencia que muestra un pico de resonancia paralelo.
Utilizando el modelo Norton de la planta y la impedancia de la red., Calcule la distorsión de voltaje causada únicamente por su nuevo equipo..
3.2 Calcular voltajes armónicos incrementales
Donde: Enh es el voltaje armónico, Yoh es la corriente armónica, y Lah es la impedancia de la red en orden armónico h.
Verificación de cumplimiento: Este valor debe estar por debajo del "Límites incrementales" establecido por la empresa de servicios públicos o estándar (por ejemplo, Etapa G5/5 1 límites) .
3.3 Calcular la distorsión armónica total
Esto combina la contribución incremental con la distorsión de fondo preexistente..
- Distorsión armónica de voltaje total (THDv): La raíz cuadrática media (RMS) de todas las tensiones armónicas, expresado como porcentaje de la tensión fundamental.
- Verificación de cumplimiento: El THDv y los voltajes armónicos individuales deben permanecer por debajo del "Límites totales" (por ejemplo, IEEE 519 límites para la calidad del voltaje o niveles de planificación G5/5) .
Figura 3: Armónicos de voltaje (Interactivo)
Representación en gráfico de barras de tensiones armónicas individuales (VN) como porcentaje de la base .
Estudio armónico basado en IEEE y UK G5/5
Las normas G5/5 y similares exigen comprobar que la nueva conexión no afecte negativamente a los clientes vecinos.. Se trata de simular el impacto en subestaciones adyacentes o en lugares sensibles. (hospitales, centros de datos) .
Figura 4: Loci de impedancia armónica
Loci de impedancia trazados en el plano R-X, mostrando cómo la impedancia cambia con la frecuencia [citación:4].
El último paso es compilar los resultados en un informe formal para la empresa de servicios públicos..
4. Verificación de cumplimiento e informes
4.1 Comparación con límites
Cree una tabla de resumen que compare los valores calculados con los límites estándar.. Para IEEE 519, esto implica verificar:
- IEEE 519 Mesa 1: Límites de distorsión de voltaje en el PCC.
- IEEE 519 Mesa 2: Límites de distorsión actuales basados en el I_{SC}/relación I_L (Corriente de cortocircuito vs.. Corriente de carga) .
4.2 Estrategias de mitigación
Si se exceden los límites, el estudio debe proponer soluciones:
- Filtros pasivos: Sintonizado para desviar frecuencias armónicas específicas.
- Los filtros activos de armónicos: Inyecte corrientes opuestas para cancelar armónicos..
- Modificación de impedancia: Cambiar las conexiones del transformador o agregar reactores para desafinar el sistema .
4.3 La pauta de verificación en tres pasos
Como se describe en las directrices recientes del IEEE, El cumplimiento se puede resumir en un proceso de tres pasos. :
1. Medir datos en el Punto de Interconexión (ENTONCES).
2. Realizar una evaluación estadística de los datos..
3. Compare los resultados con los límites IEEE correctos.