En esta prueba se busca ver el comportamiento del SVC-CAF cuando sale de funcionamiento uno de los módulos en cada fase. En teoría el control automático del compensador debería cambiar el desfase de las señales portadoras de ±120° para tres módulos, a 180° cuando trabaja con dos y seguir compensado al SD pero con una mayor inyección de armónicos.
La Fig. 5-66 muestra cómo se comporta la tensión de fase en la barra 2 del SD cuando, simultáneamente a los 5 s de simulación, deja de funcionar el primer módulo de cada fase. Puede observarse que en el transitorio de desconexión la tensión alcanza el valor 1.021 (pu), después de este transitorio el compensador sigue cumpliendo su función pero con una mayor fluctuación de tensión, como puede verse en la Fig. 5-67. La diferencia entre los valores máximos y mínimos de la tensión, sin contar el período de tiempo que dura el
estado transitorio, es de aproximadamente
que equivalen al 0.45% de la tensión nominal, por lo tanto, es una variación de tensión permitida según la norma chilena.
La Fig. 5-68 muestra la desviación estándar que existe entre la tensión nominal y la tensión de operación con solo dos módulos por fase compensando al sistema. Al comparar con la Fig. 3-34 se observa que, aún compensando bajo estas condiciones, la desviación de la tensión es menor con respecto al sistema sin compensar. No obstante, la desviación en la compensación a tres módulos es aún más pequeña.
Fig. 5-67: Tensión en B2 con SVC-CAF operando con 2 módulos desde los 5 s
Fig. 5-68: Variación de la Desviación Estándar de la tensión de fase en B2 para SVC-CAF funcionando con 2 módulos desde los 5 s
De La Fig. 5-69 a la 5-74 se muestra el contenido armónico de la tensión de fase y de la corriente de fase de la barra 2, para el punto de operación del sistema a los 21,5 s. Se escogió este tiempo porque es donde más distorsionada se ve la tensión en (pu) según la Fig. 5-67. De estas imágenes puede concluirse, que si bien es cierto tanto en todas las tensiones de fase como en todas las corrientes de línea la distorsión armónica total subió, esta sigue estando dentro de la norma en tensión, siendo la fase C las más contaminada en tensión con un THDV=0.65%; no así en corriente donde se puede ver que para todas las fases
existen componentes fuera del valor permitido. A pesar de esto el THDI cumple
con la norma en todas las fases, siendo obviamente la fase C la que tiene mayor distorsión con un THDI=2.27%. Cabe destacar que ahora, cómo trabajan solo
dos módulos, las armónicas predominantes se centran alrededor de los múltiplos de 1000 Hz.
Fig. 5-69: Armónicos de tensión en la fase A de B2 a los 21.5 s de funcionamiento del SD para SVC-CAF funcionando con 2 módulos
Fig. 5-70: Armónicos de tensión en la fase B de B2 a los 21.5 s de funcionamiento del SD para SVC-CAF funcionando con 2 módulos
Fig. 5-71: Armónicos de tensión en la fase C de B2 a los 21.5 s de funcionamiento del SD para SVC-CAF funcionando con 2 módulos
Fig. 5-72: Armónicos de corriente en la fase A de B2 a los 21.5 s de funcionamiento del SD para SVC-CAF funcionando con 2 módulos
Fig. 5-73: Armónicos de corriente en la fase B de B2 a los 21.5 s de funcionamiento del SD para SVC-CAF funcionando con 2 módulos
Fig. 5-74: Armónicos de corriente en la fase C de B2 a los 21.5 s de funcionamiento del SD para SVC-CAF funcionando con 2 módulos
Finalmente las Fig. 5-75 y 5-76 muestran tres ciclos de las tensiones de fase y corrientes de línea en el dominio del tiempo, con el fin de evidenciar la distorsión armónica. Se comprueba lo dicho en el párrafo anterior, lo que quiere decir que la fase C es la más afectada por los armónicos de corriente inyectados por el SVC-CAF a la red.
Fig. 5-75: Tensión de fase en B2 con SVC-CAF funcionando con 2 módulos
CONCLUSIONES
Para poder abordar este tema de titulación primero se tuvo que diseñar un pequeño sistema de distribución radial de media tensión, el cual posee cargas dinámicas semejantes a las que existen en la realidad y cargas monofásicas como es el caso de las luminarias.
Con la finalidad de analizar comparativamente el funcionamiento de este sistema con y sin compensación de reactivos se hicieron mediciones de tensión de fase, corrientes de línea, pérdidas de potencia activa y de energía, factor de potencia y THD.
Al comparar las tensiones de fase en B2 se concluye que los tres tipos de compensadores tienen resultados satisfactorios en cuanto a elevar la tensión de barra a 1 (pu). Además tienen la gran ventaja de balancear las tensiones de fase, hecho que con un banco de condensadores no se puede hacer. Por otro lado, también se observa que mejora el perfil de tensión en todas las barras, es decir la tensión no solo aumenta en la barra de compensación notándose resultados menos notorios en las barras ubicadas aguas abajo del compensador. Al analizar el promedio de la desviación estándar de las tensiones de fase compensadas, se puede concluir que el SVC convencional es el que más acerca a 1 (pu) estas tensiones. Sin embargo, si se observa con detención la Tabla 3-1 se podrá notar que la máxima diferencia de este indicador en la barra dos entre un compensador y otro es de 0.55*10-4, por lo que es despreciable, y por ende, lo más idóneo es concluir que los tres compensadores tienen un desempeño similar en cuanto a elevar las tensiones de barra.
Los dispositivos que más disminuyen la corriente son el SVC-ITCR y el SVC-CAF conectado en estrella, lamentablemente este último por el tipo de conexión que tiene no es capaz de balancear las corrientes como el resto de los compensadores. Nótese como la conexión en delta de estos dispositivos es capaz de balancear tanto tensiones como corrientes, en un sistema que por naturaleza es desequilibrado. Obviamente los dos compensadores mencionados
son los que más reducen las pérdidas de potencia activa del sistema, siendo más notoria esta cualidad en el SVC-ITCR, sin embargo la diferencia entre uno y otro es tan despreciable que prácticamente no se ve reflejada en las pérdidas de energía del sistema. Por otra parte, el banco de condensadores que es el tipo de compensación comúnmente usado en los sistemas de distribución, no es capaz de igualar el desempeño en cuanto a reducir las pérdidas de potencia activa del sistema, así como tampoco es capaz de balancear las tensiones y corrientes de la barra de compensación.
Con respecto a la compensación del factor de potencia, se puede concluir que el compensador con mejor rendimiento es el SVC-CAF en cualquiera de sus dos conexiones. El promedio de este indicador es de 0.965, subiendo de esta manera en aproximadamente 0.065 el FP del sistema. Para el caso de los compensadores conmutados a tiristor este promedio no pasa de 0.958 y con banco de condensadores no se supera el 0.94. Razón por la cual el SVC-CAF se perfila como la mejor alternativa, no sólo para elevar a 1 (pu) las tensiones de fase sino que también para compensar el factor de potencia.
En relación a la contaminación armónica generada por cada dispositivo, esta demás decir que en base a los resultados obtenidos, el compensador más conveniente tanto desde el punto de vista técnico como económico es el SVC- CAF, el cual no supera el 0.4% y el 2% de THD en tensión y corriente respectivamente. A diferencia de lo que sucede con SVC Convencional y el SVC-ITCR, que tienen un máximo de 3% y 20% de THD de tensión y corriente respectivamente, lo cual hace necesario el empleo de filtros de armónicos para mitigar la contaminación armónica, encareciendo de esta manera el uso de estos compensadores. Cabe destacar que el SVC-CAF puede reducir incluso aún más la inyección de armónicos a la red, si los interruptores se conmutan a una frecuencia mayor.
Lamentablemente, del último capítulo no se puede concluir que compensador es el que genera menores pérdidas de potencia activa. A pesar de esto se recomienda de igual manera el uso del SVC-CAF, debido a que los
condensadores están expuestos a una menor cantidad de armónicos lo cual les asegura una vida útil más prolongada y menos problemas de sobrecalentamiento. Además, todos los elementos que componen al compensador (condensadores, inductores e interruptores) están sometidos a tensiones y corrientes que poseen tanto un valor RMS como un valor “peak” menor en relación al SVC Convencional y al SVC-ITCR. Por otra parte, en el SVC-CAF no se tiene el problema de resonancia que se presentó en el SVC- ITCR.
Se observó también el pequeño rango de operación para reducir sobretensiones que posee el SVC-ITCR, siendo esta una desventaja más de este dispositivo. Esta problemática no se observó ni con el SVC Convencional ni con el SVC-CAF, sin embargo se prefiere la utilización del último para este caso también, ya que estos compensadores inyectan una mayor cantidad de armónicos al trabajar inductivamente y, como se mencionó anteriormente, el SVC Convencional es el que más contamina a la red.
Para la prueba de falla monofásica, cada dispositivo tuvo un comportamiento diferente en cuanto a las tensiones y corrientes medidas en los condensadores e inductores se refiere; sin embargo, y como era de esperar, ningún compensador puede mantener la tensión en 1 (pu), una vez que la falla es despejada estos continúan trabajando sin problemas. Obviamente si se desea construir este dispositivo, se le deben dimensionar protecciones para este tipo de eventos.
En la prueba de impacto de carga, se verifica como los compensadores son capaces de mantener en 1 (pu) la tensión de fase de la barra compensada antes y después de la brusca variación de la demanda, con respecto a la velocidad de respuesta ningún compensador sacó ventajas.
Finalmente se pudo comprobar una de las ventajas más relevantes del SVC-CAF, que corresponde a la confiabilidad que entrega este dispositivo al ser el único compensador con módulos de redundancia. Lo que quiere decir que en caso de que falle un módulo en cualquier fase, este tipo de SVC puede seguir
compensado la tensión de barra a diferencia de lo que sucede con los otros compensadores.
La única desventaja observable en el SVC-CAF, es que utiliza el triple de condensadores e inductores que los otros compensadores analizados encareciendo de esta manera la implementación de esta tecnología, más aún cuando cada condensador, conectados en delta, tienen el triple de la capacitancia que necesita el SVC Convencional, y cuando se conectan en estrella esta capacitancia llega a ser nueve veces mayor.