Caso de aplicación de la compensación de potencia reactiva en el campo de la generación de energía fotovoltaica.

I. Antecedentes del proyecto

Con los objetivos de China en materia de "doble carbono", la industria de generación de energía fotovoltaica tiene nuevas oportunidades de crecimiento y excelentes perspectivas. El Consejo de Estado emitió un Aviso sobre el Plan de Acción para el Pico de Carbono para 2030. En él se propone claramente que la capacidad total instalada de energía eólica y solar supere los 1.200 millones de kilovatios para 2030. Con la adopción generalizada de proyectos de generación de energía fotovoltaica distribuida en entornos industriales y comerciales, parques industriales y comunidades residenciales, los beneficios ambientales de la generación de energía solar conectada a la red se han vuelto cada vez más evidentes.

Sin embargo, el problema del bajo factor de potencia derivado de la integración a la red se ha convertido en un desafío común para muchos usuarios. Factores como la producción natural de los sistemas solares pueden reducir el factor de potencia en los circuitos. Una mala adaptación de la potencia reactiva en la red también puede disminuirlo.

El incumplimiento de las normas de evaluación de las compañías eléctricas conlleva penalizaciones adicionales por bajo factor de potencia. Estas penalizaciones aumentan los costos operativos para los consumidores y perjudican la viabilidad económica de los proyectos solares. En casos graves, estos problemas pueden incluso comprometer el funcionamiento estable y eficiente de las redes eléctricas.

II. Situación del sector

Según las "Medidas de ajuste del factor de potencia en las tarifas de electricidad", los usuarios industriales en general deben mantener un factor de potencia promedio mensual de al menos 0,9 para evitar penalizaciones por consumo eléctrico. Actualmente, la mayoría de las fábricas utilizan la conmutación tradicional de condensadores para la compensación de potencia reactiva.

Cuando no se instalan sistemas fotovoltaicos in situ, la red eléctrica consume una gran cantidad de potencia activa. La compensación de capacitancia tiene limitaciones, por lo que la compensación de potencia reactiva no es completa. Sin embargo, esto es insignificante en comparación con el consumo de potencia activa de la red. En consecuencia, el sistema aún puede garantizar un factor de potencia superior a 0,9.

Sin embargo, una vez instalados los sistemas fotovoltaicos en el lugar, la producción solar suele ser elevada. Esto puede reducir drásticamente la potencia activa utilizada por las cargas conectadas a la red.

En este escenario, la compensación mediante capacitores se vuelve crucial para equilibrar la potencia reactiva restante con la demanda de la red.

Simultáneamente, los transformadores y las líneas de transmisión generan potencia reactiva adicional, lo que aumenta aún más el excedente de potencia reactiva en el lado de alta tensión.

Esto provoca una fuerte caída en el factor de potencia in situ y puede acarrear elevadas penalizaciones por consumo eléctrico. Dichas penalizaciones pueden ocasionar importantes pérdidas tanto para los usuarios finales como para los fabricantes de sistemas fotovoltaicos.

III. Solución de "Alta Extracción y Baja Compensación"

Actualmente, las compañías eléctricas suelen medir el consumo eléctrico en el lado de alta tensión. Al calcular la potencia reactiva, incluyen la potencia reactiva de las cargas de baja tensión, los transformadores y las líneas de transmisión.

Las medidas convencionales de mitigación en el lado de baja tensión solo pueden compensar la potencia reactiva de las cargas. No abordan eficazmente la potencia reactiva generada por los transformadores y las líneas de transmisión.

En las instalaciones de generación de energía fotovoltaica, no podemos pasar por alto la potencia reactiva generada por los transformadores y las líneas de transmisión.

Por lo tanto, hemos desarrollado una solución de aplicación de producto con "alto muestreo y baja compensación". Esta solución implica el muestreo en la entrada de alta tensión y la compensación en el lado de baja tensión. De esta manera, se logra la compensación de potencia reactiva tanto en el lado de alta como en el de baja tensión.

En comparación con los dispositivos tradicionales de compensación de potencia reactiva de alta tensión, la solución de "alta captación y baja compensación" reduce significativamente los costos. Además, ofrece una instalación sencilla y un mantenimiento fácil.

1. Selección de equipos principales: Alta precisión de compensación y rápida velocidad de respuesta.

En los sistemas de generación de energía fotovoltaica, debido a su mínimo consumo de potencia activa, una precisión de compensación extremadamente alta es esencial para la gestión de la potencia reactiva. Los dispositivos de compensación de condensadores tradicionales no cumplen con los requisitos debido a su modo de compensación por pasos y a las limitaciones en su tiempo de respuesta.

El Generador de variables estáticas SVG Utiliza principios de inversor de fuente de tensión. Emplea transistores IGBT para controlar la magnitud y la fase de la tensión alterna del inversor. Esto genera corrientes de compensación reactivas invertidas que se cancelan con las corrientes reactivas de la red, logrando así una compensación efectiva de la potencia reactiva.

Gracias a la conmutación de los IGBT a decenas de kHz, los sistemas SVG pueden compensar rápidamente las cargas reactivas en 5 ms o menos.

Mantienen una alta precisión del 99% o más.

2. Plan de despliegue: Muestreo a alta presión con compensación a baja presión 1

Al trabajar en la compensación de potencia reactiva en instalaciones fotovoltaicas, es necesario realizar la compensación en el lado de baja tensión. También es importante tener en cuenta la potencia reactiva generada por los transformadores y los cables de alta tensión. Gestionar la potencia reactiva residual en el lado de alta tensión es fundamental. Esto requiere mediciones de muestreo en dicho lado. Los ingenieros emplean dos métodos de muestreo principales: el muestreo directo de corriente en el lado de alta tensión y el muestreo con medidores multifunción. Muestreo directo de la corriente en el lado de alta tensión: Muestrear directamente la corriente en el lado de alta tensión. Establecer el ángulo de fase tensión-corriente utilizando el modelo del transformador. Calcular la potencia reactiva en el lado de alta tensión. Luego, aplicar la compensación de potencia reactiva en el lado de baja tensión. El diagrama esquemático se muestra a continuación:

Muestreo con medidor multifuncional: Instale un medidor multifuncional en el lado de alta tensión. Este muestrea las señales de tensión y corriente secundarias y luego calcula la potencia reactiva.

El sistema envía la potencia reactiva calculada a través de RS485 al generador estático de potencia reactiva SVG para su compensación. El diagrama esquemático se muestra a continuación:

3. Selección de la instalación: Configuración flexible con sinergia entre sistemas nuevos y antiguos.

El modelo "Alta Cosecha, Baja Compensación" puede funcionar con los sistemas de compensación in situ existentes. Su capacidad se establece principalmente mediante la potencia reactiva residual en el lado de alta tensión.

El dispositivo ofrece opciones de instalación flexibles, que incluyen configuraciones para montaje en pared, en armario o en contenedores para exteriores, adaptándose a diversas condiciones de terreno.

Durante la instalación, compruebe que la corriente de compensación del sistema "Alta Cosecha Baja Compensación" no afecte al muestreo.

Asegúrese de que no interfiera con el muestreo realizado por los dispositivos de compensación existentes. Esto ayuda a mantener su funcionamiento normal.

Este enfoque permite que la unidad "Alta Cosecha Baja Compensación" proporcione compensación de potencia reactiva residual, logrando una compensación de potencia reactiva de alta precisión a costos reducidos.

IV. Resultados de la aplicación

Shanghai New Energy Technology Co., Ltd. es un proveedor de servicios energéticos con amplia experiencia. Se especializa en modernizaciones para el ahorro energético, ingeniería eléctrica y generación de energía limpia. También ofrece soporte para la integración multienergética y el desarrollo de microrredes. Tras la instalación de sistemas fotovoltaicos en una fábrica de Xi'an, el factor de potencia de la planta disminuyó drásticamente, lo que generó penalizaciones por consumo eléctrico que alcanzaron más de 10 000 yuanes mensuales.

Para abordar los problemas de penalización eléctrica, el sitio utilizó una solución de "alta cosecha, baja compensación". Instaló un Dispositivo de compensación de potencia reactiva SVG de 200 kVAr El dispositivo compensa la potencia reactiva en el lado de alta tensión. Tras la intervención, el factor de potencia mejoró significativamente y la planta no sufrió más penalizaciones por consumo eléctrico.

1. La potencia reactiva se reduce significativamente.

Los datos de medición de alta tensión muestran que la potencia reactiva se mantuvo cerca de 20 kvar durante la noche antes del tratamiento. Durante el día, superó los 60 kvar en los sistemas de alta tensión de la planta.

Tras el tratamiento, la potencia reactiva disminuyó significativamente, manteniéndose estable en aproximadamente 0 kvar durante la mayor parte de los períodos operativos.

Potencia reactiva en el lado de alta tensión antes de la regulación

Potencia reactiva en el lado de alta tensión después de la regulación

2. Mejora significativa del factor de potencia.

Tras implementar las medidas correctivas, el factor de potencia en la planta mejoró. Aumentó de 0,77 a 0,94 en la factura de electricidad del usuario. Este no solo evitó multas, sino que también recibió un descuento en su factura.

V. Resumen del caso y valor de promoción

El esquema de potencia reactiva de alta extracción y baja compensación es ahora la principal solución. Aborda los problemas de bajo factor de potencia que surgen tras la conexión de los sistemas fotovoltaicos a la red. Utiliza una adaptación precisa y una regulación eficiente. Adaptado a las características operativas de los sistemas de red tras la integración, este enfoque emplea estrategias diferenciadas de recopilación de datos y compensación. Al detectar con precisión las deficiencias de potencia reactiva y los cambios de carga, permite un ajuste dinámico y específico de la potencia reactiva. Esto compensa rápidamente las pérdidas y mejora progresivamente la eficiencia general del factor de potencia. De este modo, se garantiza el cumplimiento continuo de las normas de factor de potencia, se evitan las multas por incumplimiento y se reducen los costes operativos de los usuarios.

Esta solución maximiza la rentabilidad de los proyectos de generación de energía fotovoltaica. Demuestra una compatibilidad y sinergia excepcionales con los sistemas de generación fotovoltaica. Permite una integración perfecta y un funcionamiento sincronizado sin necesidad de grandes modificaciones en los equipos fotovoltaicos existentes. Ofrece numerosas ventajas, como una fácil instalación, un rendimiento estable, un mantenimiento sencillo, costes de inversión controlados y un importante ahorro energético.

Por un lado, optimiza la calidad de la red eléctrica al reducir las pérdidas de potencia reactiva en las líneas y mejorar la eficiencia de la transmisión, garantizando así un suministro estable de energía fotovoltaica. Por otro lado, ayuda a los usuarios a reducir los riesgos financieros y aumentar la rentabilidad de sus proyectos fotovoltaicos. Equilibra los beneficios económicos de los usuarios con la estabilidad de la red. Este enfoque logra una situación beneficiosa para todos: la generación de energía verde y el consumo eléctrico conforme a la normativa.