La potencia reactiva es la energía necesaria para establecer y mantener el campo magnético para cargas inductivas, que son comunes en la vida cotidiana, como los aires acondicionados, refrigeradores, lavadoras y más.
Con la popularización de los sistemas de energía renovable, su impacto en la red eléctrica se está volviendo cada vez más significativo. Gestionar la potencia reactiva es esencial para garantizar el funcionamiento seguro y estable tanto de los sistemas de energía solar como de la red.
En este blog, discutiremos qué es la compensación de potencia reactiva, por qué es necesaria, sus ventajas y cómo los inversores solares contribuyen a compensar la potencia reactiva.
¿Qué es la compensación de potencia reactiva?
La potencia reactiva es la parte de la electricidad que no realiza ningún trabajo útil, pero es esencial para mantener los niveles de voltaje en el sistema eléctrico. Se debe a la diferencia de fase entre el voltaje y la corriente en sistemas de CA, típicamente debido a cargas capacitivas o cargas inductivas.
Compensación de Potencia Reactiva / Regulación de Potencia Reactiva / Corrección del Factor de Potencia, implica mejorar el factor de potencia de un sistema eléctrico al reducir la potencia reactiva extraída de la red. Para mantener la estabilidad y eficiencia de la red, muchas compañías de servicios públicos imponen un requisito mínimo de factor de potencia, asegurando el equilibrio dentro de la red eléctrica.
Cálculo de compensación de potencia reactiva
La potencia reactiva y el factor de potencia pueden ser conceptos desafiantes para aquellos que no están familiarizados con los sistemas eléctricos, ya que carecen de analogías claras en el mundo físico.
Usando el triángulo de potencia, explicamos brevemente la relación entre estos conceptos para ayudar a los propietarios de sistemas solares a comprenderlos mejor e inspirarlos a gestionar la potencia reactiva de su sistema solar conectado a la red de acuerdo con los estándares y requisitos locales de la red.
El triángulo de potencia es un triángulo rectángulo donde la hipotenusa es la potencia aparente (S), el lado opuesto es la potencia reactiva (Q) y el lado adyacente restante es la potencia activa (P).
Potencia activa, P, en vatios (W) representa la potencia utilizada por un dispositivo eléctrico para realizar su trabajo activo, como generar luz o operar equipos eléctricos. Esto puede ser la suma de la potencia nominal de los dispositivos.
La potencia reactiva, Q, en VAr, como se mencionó anteriormente, es la potencia producida en circuitos eléctricos con cargas inductivas. Representa la energía extra necesaria para establecer el campo magnético y mantenerlo en funcionamiento, aunque no realiza ningún trabajo útil.
Poder aparente, S, en VA es la medida combinada de la potencia activa y reactiva. En los sistemas eléctricos, se calcula multiplicando la corriente de valor eficaz (RMS) por el voltaje de valor eficaz en un circuito de CA.
El Factor de Potencia (FP) es una medida de cuán efectivamente se está utilizando la energía eléctrica. Es la relación de la potencia activa (P) a la potencia aparente (S), es decir, FP = P/S, que se puede ver como cosφ (lado adyacente dividido por la hipotenusa).
Fórmula de compensación de potencia reactiva
La relación entre la potencia activa, la potencia reactiva, la potencia aparente y el factor de potencia se define principalmente por las siguientes fórmulas:
- PF = P / S = cosφ
- cosφ = PF = P / S = P / √(Q2 + P2)
- S = √(Q2 + P2)
- Q = √((P/PF)2 - PAG2)
Inversor de compensación de potencia reactiva en sistema fotovoltaico
Los problemas de potencia reactiva son comunes en los sistemas solares conectados a la red, observándose frecuentemente en instalaciones residenciales, comerciales e industriales. Esto se debe principalmente a la presencia de numerosos dispositivos eléctricos inductivos dentro del sistema. Mientras que la potencia de salida del sistema fotovoltaico reduce la potencia activa de la red, la potencia reactiva continúa siendo extraída de la red, lo que lleva a una disminución del factor de potencia.
Para prevenir el impacto negativo de la potencia reactiva en la estabilidad del voltaje de la red y el factor de potencia, varios gobiernos locales y proveedores de energía han establecido regulaciones para los sistemas solares conectados a la red. En respuesta, los fabricantes de inversores solares han desarrollado tecnología para regular la potencia reactiva en cumplimiento con estas diferentes regulaciones.
En este contexto, utilizaremos el inversor de almacenamiento de energía SOLXPOW como ejemplo para demostrar cómo gestionar la potencia reactiva en un sistema solar conectado a la red.
Métodos de control de potencia reactiva de inversores solares
El inversor SOLXPOW corrige la potencia reactiva para garantizar el cumplimiento de varios estándares de red. Utilizando el software de configuración especializado, puedes regular la potencia reactiva de las siguientes maneras:
- Control de Fijación de Potencia Reactiva
- Control de Corrección del Factor de Potencia
- Control dinámico Q-P
- Control dinámico Q-U
Nota:
Es apropiado señalar que el modo de control será especificado por el operador de distribución o transmisión del sistema al que está conectado el sistema de energía solar, incluyendo cualquier configuración necesaria para ese modo.
Método1 - Arreglar la Compensación de Potencia Reactiva
También conocido como modo Qt, esta configuración permite al usuario configurar una relación de potencia reactiva fija dentro del rango de 0 a 60% (capacitiva) o 0 a -60% (inductiva) de la potencia nominal del inversor. El sistema absorberá o compensará la potencia reactiva según la relación especificada.
El área gris representa la región en la que el inversor puede operar a un nivel de potencia activa dado suponiendo límites de factor de potencia.
A continuación, explicaremos cómo determinar la potencia reactiva requerida para la compensación en función de la potencia activa, con el objetivo de aumentar el factor de potencia al límite especificado.
El cálculo implica las siguientes fórmulas:
- cosφ = PF = P/S = P/ √(Q2 + P2)
- S = √Q2 + P2
- Q = √[(P/PF)2] - PAG2
Suponiendo un sistema de energía solar con una potencia activa total de 80 kW, donde 50 kW son suministrados por el sistema de energía solar, se extraen 30 kW adicionales de potencia activa y 22 kVar de potencia reactiva de la red. En este punto, el factor de potencia es 0.805.
Para mejorar el factor de potencia a 0.95, se debe reducir la potencia reactiva. Usando la fórmula anterior, 30/√(Q2 + 302) = 0.95, podemos calcular que la potencia reactiva después de la compensación (Q2) debería ser 9.78 kVar.
Por lo tanto, el sistema solar necesita proporcionar energía reactiva Qc igual a Q1 − Q2 = 22kVar - 9.78kVar = 12.22 kVar.
Método2 - Control de Corrección del Factor de Potencia
En modo "PF", puedes establecer un factor de potencia fijo de acuerdo con los requisitos de la compañía de la red local. El sistema ajusta la inyección (o absorción) de potencia reactiva en función de la potencia activa del inversor para mantener un factor de potencia constante.
SOLXPOW admite configuraciones de factor de potencia que van desde 0.8 adelantado hasta 0.8 rezagado.
- Liderando: El inversor suministra potencia reactiva a la red.
- Desfasado: El inversor inyecta potencia reactiva en la red.
El factor de potencia del inversor SOLXPOW se puede ajustar entre +0.8 (adelante) y -0.8 (rezagado). Cuando la función de regulación de potencia reactiva está desactivada, el factor de potencia se establece por defecto en 1.0.
Método3 - Control Dinámico Q-P
En modo "Q(P)", el inversor SOLXPOW controla el Factor de Potencia basado en la relación de la potencia activa con su potencia nominal, expresada como un porcentaje.
Puedes establecer puntos de potencia activa específicos (A, B, C) basados en el porcentaje de la potencia activa del inversor en relación con su potencia nominal, cada uno correspondiente a diferentes factores de potencia.
Como se muestra en el gráfico anterior, cuando la salida de potencia activa es relativamente baja, el inversor opera con potencia reactiva cero (o un factor de potencia de 1.0), lo que significa que el sistema de energía no suministra ni absorbe potencia reactiva del inversor.
Una vez que la salida de potencia activa alcanza un porcentaje P/Pn especificado, el inversor comienza a absorber potencia reactiva.
Método4 - Control Dinámico Q-U
En modo "Q(U)", la salida de potencia reactiva del inversor se ajusta dinámicamente en respuesta a las fluctuaciones de voltaje de la red. El inversor modifica continuamente el ratio de salida de potencia reactiva (Q) a potencia aparente (Sn) en tiempo real basado en el voltaje real de la red en comparación con el voltaje nominal (V/Vn%).
Si el voltaje de la red excede o cae por debajo del umbral especificado, el inversor inyectará o absorberá energía reactiva de acuerdo con el valor Q/Sn preestablecido.
Ventajas de la compensación de potencia reactiva
La compensación de potencia reactiva en un sistema de energía solar ofrece varios beneficios:
Cumplimiento con el código de la red y ahorro en las facturas de electricidad
Muchas empresas de servicios públicos requieren instalaciones solares para gestionar la potencia reactiva y garantizar la estabilidad de la red. Evalúan el factor de potencia del sistema, y si cae por debajo de sus estándares, se pueden aplicar penalizaciones o cargos adicionales por ajuste de potencia. Mejorar el factor de potencia a través de la compensación de potencia reactiva ayuda a evitar estos costos adicionales y reducir las facturas de electricidad.
Mejorar la estabilidad de voltaje y la calidad de la energía
La gestión efectiva de la potencia reactiva estabiliza los niveles de voltaje, minimizando las fluctuaciones que pueden dañar el equipo y causar ineficiencias. También reduce caídas de voltaje y distorsión armónica, lo que conduce a una entrega de energía más limpia y confiable.
Aumentar la eficiencia del sistema
Al reducir las pérdidas en las líneas de energía, la compensación de potencia reactiva permite una transmisión y distribución de electricidad más eficiente, reduciendo los costos operativos y mejorando el rendimiento general del sistema.
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