Corrección del factor de potencia activa (PFC) y compensación dinámica de potencia reactiva

Corrección del factor de potencia activa (PFC) y uso de compensación dinámica de potencia reactiva sistemas basados en electrónica de potencia (como los inversores IGBT) para proporcionar corrección adaptativa en tiempo real del factor de potencia (FP) y la potencia reactiva (VAR) en sistemas eléctricos. Estas soluciones son esenciales para aplicaciones industriales, comerciales y de energías renovables modernas con cargas que cambian rápidamente y distorsiones armónicas.

1. Corrección del factor de potencia activa (PFC)

A. Cómo funciona

• Medidas corriente y voltaje de carga en tiempo real para calcular la compensación requerida.

• Usos Inversores controlados por PWM inyectar corriente reactiva de fase opuesta para cancelar el VAR rezagado/adelantado.

• Ajustes instantáneamente para cargar variaciones (a diferencia de los bancos de condensadores pasivos).

B. Componentes clave

✔ Inversor de fuente de voltaje (VSI) basado en IGBT – Genera corriente de compensación.
✔ Condensador de enlace de CC – Proporciona almacenamiento de energía para la inyección de potencia reactiva.
✔ Sistema de control (basado en DSP/FPGA) – Calcula la compensación en tiempo real.

C. Aplicaciones

• Industrial: Variadores de velocidad (VFD), hornos de arco, máquinas de soldar.

• Energías renovables: Parques solares y eólicos (para cumplir con los requisitos de FP de la red).

• Centros de datos: Sistemas UPS, granjas de servidores con cargas de TI fluctuantes.

Ventajas sobre el PFC pasivo

✔ Respuesta más rápida (milisegundos vs. segundos para capacitores).
✔ Sin riesgo de sobrecompensación (evita el PF principal).
✔ Funciona con cargas armónicas (a diferencia de los condensadores tradicionales).

2. Compensación dinámica de potencia reactiva

A. Cómo funciona

• Monitorea continuamente demanda de carga y se inyecta corriente reactiva precisa para mantener el PF objetivo (por ejemplo, 0,95-1,0).

• Poder absorber o generar VAR (inductivo o capacitivo) según sea necesario.

B. Dispositivos utilizados

C. Aplicaciones

• Plantas de acero: Los hornos de arco provocan oscilaciones rápidas del factor de potencia → STATCOM estabiliza la red.

• Parques eólicos: Proporciona sistema de paso de baja tensión (LVRT) inyectando VARs durante fallas.

• Centros de datos: Evita penalizaciones de PF debido a fluctuaciones en la carga del servidor.

3. Comparación: Compensación pasiva vs. activa

4. Beneficios clave del PFC activo y la compensación dinámica

✅ Ajuste en tiempo real – Sin retrasos como en la conmutación de condensadores.
✅ No hay problemas de resonancia – A diferencia de los condensadores, no amplifica los armónicos.
✅ Admite flujo VAR bidireccional (inductivo y capacitivo).
✅ Mejora la estabilidad del voltaje – Crítico para redes débiles.
✅ Reduce la carga del transformador/kVA – Ahorra costes energéticos.

5. Casos de uso de la industria

Caso 1: Planta de fabricación con variadores de frecuencia

• Problema: Múltiples VFD causan PF bajo (0,7) y armónicos (THD >15%) .

• Solución: AHF + STATCOM → PF mejorado a 0,98 , Distorsión armónica total <5%.

Caso 2: Cumplimiento de la red eléctrica de un parque solar

• Problema: Los inversores solares causan PF líder Durante la baja generación.

• Solución: D-STATCOM Inyecta VAR rezagado para mantener FP = 0,95 .

Caso 3: Centro de datos con sistemas UPS

• Problema: Las oscilaciones de carga del servidor causan Fluctuaciones del PF (0,8–0,9) .

• Solución: Módulo PFC activo asegura FP > 0,95 en todo momento.

6. Resumen

• Para una corrección estable y de bajo costo → PFC pasivo (condensadores).

• Para cargas rápidas, dinámicas y ricas en armónicos → PFC activo (STATCOM/AHF).

• Ideal para industrias con:

  • Cambios rápidos de carga (por ejemplo, grúas, hornos de arco).

  • Regulaciones estrictas de PF (las empresas de servicios públicos penalizan <0,9 PF).

  • Armónicos altos (VFD, rectificadores, cargas IT).