¿Qué son y hacen los interarmónicos y de dónde vienen?

 

Introducción

 

El uso de sistemas de comunicación y electrónica de potencia avanzados está mejorando la eficiencia, la flexibilidad y la confiabilidad del sistema de energía, pero también está aumentando la distorsión interarmónica. El conocimiento de los interarmónicos, sus fuentes, efectos, mediciones, límites y mitigación ayudará a la industria a evitar que los interarmónicos afecten negativamente al sistema eléctrico.

 

Definiciones interarmónicas

 

El IEEE define los interarmónicos como:

Una frecuencia que no es un número entero múltiplo de la frecuencia base del sistema de energía (como 50 Hz o 60 Hz).

La IEC define los interarmónicos como:

Entre los armónicos regulares de la frecuencia industrial, hay frecuencias adicionales que no son múltiplos de números enteros de la frecuencia base. Pueden aparecer como frecuencias discretas o como un espectro de banda ancha.

 

Tabla 1 – Armónicos e Interarmónicos

Definiciones

 

 

Fuentes interarmónicas

 

Los interarmónicos del sistema de energía suelen ser creados por dos fenómenos generales. La primera causa son los cambios repentinos e irregulares de corriente y voltaje. Esto ocurre cuando las cargas están en un estado inestable o cuando se aplican ajustes al control de voltaje o corriente.

La segunda fuente de interarmónicos es la conmutación estática del convertidor no sincronizada con la frecuencia del sistema de energía (conmutación asíncrona).

 

Las oscilaciones entre condensadores en serie o en paralelo o cuando los transformadores o motores de inducción se saturan también pueden producir interarmónicos.

· Cargas de arco

· Motores de Inducción

· Convertidores Electrónicos de Frecuencia

· Variadores de carga variable

· Convertidores de fuente de voltaje (VSC)

Una consecuencia del mayor control proporcionado por los VSC es la producción de interarmónicos.

· Comunicaciones por línea eléctrica

· Comunicación de medidor inteligente

 

Efectos interarmónicos

 

Los interarmónicos, al igual que los armónicos, agregan señales adicionales al sistema de energía. Estas señales adicionales pueden provocar diversos efectos, especialmente cuando se amplifican por resonancia.

 Dos de los efectos más comunes y significativos de los interarmónicos son el parpadeo de la luz y la interferencia en las comunicaciones de las líneas eléctricas. Ambos efectos surgen de señales no periódicas.

· Parpadeo de luz

· Interferencia de comunicación de línea eléctrica

 

Medición y estándares interarmónicos

 

En Estados Unidos no se han adoptado ampliamente límites interarmónicos específicos. El IEEE ha emitido varios estándares para interarmónicos: IEEE 519.1 en 1992, IEEE 519.2 en 2001 e IEEE 1453.1 en 2010. Algunos países han adoptado el estándar IEC 61000-4-7 para medición de interarmónicos.

 

Medición de interarmónicos

 

Medir interarmónicos es un desafío debido a su naturaleza no periódica. Los métodos tradicionales de series de Fourier a menudo no logran capturar estas señales irregulares. En cambio, los expertos han propuesto varios métodos alternativos, como el método de correlación cruzada generalizada, la transformada de Hilbert-Huang y la FFT en ventana. Cada método ofrece distintos grados de efectividad.

 

Límites interarmónicos

 

There is a general agreement that setting specific interharmonic limits is not practical. The impact of interharmonics can differ greatly based on their frequency, magnitude, and location.

Instead of imposing specific limits, apply existing harmonic distortion limits to the total harmonic and interharmonic distortion (THID). Establish specific interharmonic limits only when they cause particular issues.

 

Approaches to Setting Interharmonic Limits

 

Several approaches exist for determining interharmonic limits:

 

• Problem-Based Limits: Set limits according to the specific issues caused by interharmonics.
• Cumulative Effect Limits: Use limits based on the overall impact of interharmonics on the power system, similar to harmonic limits but covering a broader frequency range.
• Source-Based Limits: Establish limits based on the source of interharmonics, such as voltage source converters or arc furnaces. Each approach has its pros and cons, and the best method depends on the specific situation.
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Mitigating Interharmonics

 

Dealing with interharmonics is complex due to their non-periodic nature and diverse frequency range. Various methods can be used for mitigation:

• Passive Filters
• Active Filters: These filters adjust to changes in frequency and size, making them effective against a wide range of interharmonics.
• Voltage Source Converters
• Load Management
• Communication Systems

 

Summary

Interharmonics pose a growing concern for the power industry due to the increasing use of power electronics and communication systems. Understanding their sources, effects, measurement, limits, and mitigation is crucial for preventing adverse impacts on power systems. Despite the challenges in measuring and mitigating interharmonics, several effective approaches exist, tailored to specific circumstances.

 

One of the most effective solutions for interharmonic mitigation is the use of Active Power Filters (APFs). APFs are advanced devices designed to flexibly filter out unwanted frequency components, including interharmonics, from the power system. They provide significant advantages over passive filters, which can only target specific frequencies and might not effectively address a wide range of interharmonics.

 

 

Principle and Function of APF in Interharmonic Mitigation

Active Power Filters (APFs) work by injecting corrective currents into the power system to eliminate unwanted harmonics and interharmonics. They use advanced power electronics and real-time digital controls. The main parts of an APF are power converters (often IGBTs) and a control system that detects distortions in the power system.

Key Functions of APFs:

• Real-time Detection and Compensation: APFs use sensors and real-time digital processing to monitor the power system. When they detect interharmonics, they generate a compensating current to counteract these disturbances.
• Filtrado adaptativo : a diferencia de los filtros pasivos, los APF ajustan su filtrado para adaptarse a las condiciones cambiantes del sistema de energía. Esta flexibilidad les permite abordar una amplia gama de frecuencias interarmónicas de manera efectiva.
• Reducción de los riesgos de resonancia : los APF ayudan a prevenir la resonancia, que ocurre cuando las frecuencias interarmónicas se alinean con las frecuencias naturales de los componentes del sistema. Al cancelar estas frecuencias, los APF detienen el aumento de los niveles interarmónicos.
• Mejora de la calidad de la energía : los APF mejoran la calidad general de la energía al reducir los interarmónicos. Esto da como resultado menos problemas con los equipos, menos interferencias con los sistemas de comunicación y una red eléctrica más estable y confiable.

 

Eficiencia mejorada del sistema: los APF contribuyen a reducir las pérdidas de energía asociadas con los interarmónicos. Esto da como resultado menores costos operativos y una mayor eficiencia del sistema eléctrico.

 

 

Aplicaciones de los APF

 

Los APF se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, que incluyen:

 

Entornos Industriales: Para mitigar los interarmónicos producidos por variadores de frecuencia, hornos de arco, etc.

Edificios comerciales: Para garantizar un suministro de energía estable y limpio para equipos electrónicos y sistemas de comunicación sensibles.

Sistemas de Energía Renovable: Para manejar los interarmónicos generados por fuentes de energía renovables como turbinas eólicas e inversores solares.

Sistemas HVDC y STATCOM: Para gestionar los interarmónicos en corriente continua de alta tensión (HVDC) y STATCOM.

 

Los filtros de potencia activos (APF) son esenciales para gestionar los interarmónicos en los sistemas de energía actuales. Detectan y corrigen eficientemente una amplia gama de frecuencias interarmónicas y se adaptan a los cambios en el sistema de energía. Los APF mejoran la calidad de la energía, lo que los hace vitales para sistemas de energía confiables y eficientes. Los APF utilizan tecnología avanzada y control en tiempo real para abordar problemas interarmónicos, garantizando energía estable y de alta calidad para diversos usos.

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