Como o controle harmônico e a compensação de energia reativa podem funcionar juntos para melhorar a estabilidade do sistema de energia?

Entre os numerosos desafios de qualidade de energia enfrentados pelos modernos sistemas de energia, a poluição harmônica e a energia reativa insuficiente estão os dois problemas centrais que afetam mais severamente a operação estável da rede elétrica. Neste artigo, Geyue Electric, da perspectiva profissional de um fabricante de equipamentos de compensação de energia reativa de baixa tensão, exploraremos profundamente o mecanismo de trabalho colaborativo entre a tecnologia de controle harmônico e os sistemas de remuneração de energia reativa. Também analisaremos minuciosamente como esse mecanismo colaborativo aprimora a estabilidade do sistema de energia e elaboramos sistematicamente as vantagens técnicas e o valor da aplicação da nova solução abrangente por meio de casos de prática de engenharia.

Desafios para a estabilidade dos sistemas de energia

Com a melhoria contínua dos níveis de automação industrial e a expansão sustentada da escala de novas gerações de energia energética, os sistemas de energia modernos estão atualmente enfrentando desafios sem precedentes em termos de qualidade de energia. A aplicação generalizada de cargas não lineares levou a poluição harmônica cada vez mais grave na rede de energia, enquanto o aumento das cargas indutivas causou a demanda por energia reativa para continuar aumentando. Esses dois problemas interagem entre si, ameaçando em conjunto a operação segura e estável do sistema de energia.

No campo de produção industrial, cargas não lineares, como equipamentos de acionamento de frequência variável, dispositivos de retificador e fornos de arco elétrico, geram uma grande quantidade de corrente harmônica. Esses componentes atuais de alta frequência não apenas fazem com que o equipamento elétrico superaqueça e o mau funcionamento, mas também pode desencadear a ressonância da rede, levando a ações incorretas dos dispositivos de proteção. Ao mesmo tempo, a energia reativa consumida por equipamentos indutivos, como motores e transformadores, levará a uma diminuição do fator de potência, um aumento nas perdas de linha e um aumento nas flutuações de tensão.

O que é mais complicado é que o problema harmônico e o problema de poder reativo geralmente se entrelaçam. Os capacitores de compensação de energia reativa tradicionais são propensos a danos sobre sobrecarga em um ambiente harmônico, enquanto os dispositivos de filtragem passiva não podem atender à demanda por compensação dinâmica de energia reativa. Esse relacionamento mutuamente restritivo dificulta a solução de uma única governança para alcançar o efeito desejado; Portanto, uma rota técnica de otimização colaborativa deve ser adotada.

O mecanismo de interação entre problemas de poder harmônico e reativo

A propagação de correntes harmônicas no sistema de energia afeta significativamente o desempenho de dispositivos de compensação de energia reativa. Quando existem grandes componentes harmônicos na rede de energia, os capacitores de derivação podem experimentar amplificação harmônica. Isso ocorre porque os capacitores podem formar circuitos ressonantes paralelos com indutância do sistema em frequências harmônicas específicas, levando a amplificação de tensão anormal em áreas localizadas. Esse efeito ressonante não apenas acelera o envelhecimento do capacitor dielétrico, mas em casos graves, também pode levar à quebra de isolamento do equipamento.

Por outro lado, as flutuações no poder reativo também afetam a eficácia do controle harmônico. Quando a escassez de energia reativa no sistema é significativa, a tensão da grade experimentará flutuações perceptíveis. Essas alterações de tensão alterarão os pontos operacionais das cargas não lineares, afetando assim suas características de emissão harmônica. Especialmente no caso de cargas indutivas, as rápidas mudanças na demanda reativa de energia são frequentemente acompanhadas de flutuações drásticas no espectro harmônico, que atribuem maiores demandas na resposta dinâmica do equipamento de controle harmônico.

Na prática de engenharia, verificou-se que, embora os dispositivos de filtragem passiva possam filtrar harmônicos específicos, eles introduzirão compensação de energia reativa adicional, o que pode levar à compensação excessiva no sistema. Além disso, o tradicional dispositivo de compensação de energia reativa do tipo TSC, que usa o modo de comutação do tiristor, tem dificuldade em atender aos requisitos de remuneração dinâmica dos modernos sistemas de energia devido à sua lenta velocidade de resposta. Essas limitações técnicas nos levam a buscar soluções de governança colaborativa mais avançadas.

O Principal e o Plano de Implementação da Tecnologia de Governança Colaborativa

A aplicação combinada deFiltros de energia ativos (APFs)eGeradores estáticos variados (SVGs)Representa a tecnologia de controle colaborativo mais avançado atualmente. O filtro de energia ativo emprega tecnologia de conversão eletrônica de energia e, pela detecção em tempo real da corrente harmônica da carga, gera uma corrente de compensação que é oposta a ele, alcançando a eliminação harmônica. Sua vantagem principal está na capacidade de compensar simultaneamente todas as frequências harmônicas e não ser afetado por mudanças na impedância do sistema.

O gerador Var estático, como uma nova geração de dispositivo de compensação de energia reativa dinâmica, pode gerar rapidamente a corrente reativa necessária através de um inversor do tipo tensão. Comparado com o dispositivo TSC tradicional, o SVG possui vantagens técnicas, como velocidade de resposta rápida, alta precisão de compensação e ampla faixa de operação. Mais importante, o SVG não ressoará com o sistema e ainda pode funcionar de maneira confiável em um ambiente harmônico.

A integração do APF e do SVG na mesma plataforma permite a construção de um sistema completo de gestão da qualidade da energia. Esse sistema atinge o controle coordenado por meio de um controlador digital de alta velocidade unificado, garantindo a eficácia da compensação harmônica e a regulação precisa da potência reativa. Em aplicações práticas de engenharia, esta solução é particularmente adequada para ambientes industriais com poluição harmônica grave e flutuações de energia reativa frequentes, como fábricas de aço, oficinas de soldagem, fábricas de fabricação de semicondutores, etc.

Análise dos casos de aplicação de engenharia

O projeto de melhoria da qualidade da energia no workshop de revestimento de uma grande empresa de fabricação de automóveis é um caso de aplicação típico de tecnologia de governança colaborativa. Este workshop está equipado com um grande número de dispositivos de unidade de frequência variáveis. A distorção harmônica total medida da corrente atinge 18%e, devido ao uso centralizado de motores assíncronos, o fator de potência média é de apenas 0,72. A solução tradicional, que emprega filtros LC discretos e armários de compensação TSC, não apenas ocupa uma grande área, mas também encontra frequentemente problemas de ressonância.

O projeto de renovação adota um sistema APF + SVG integrado, integrando o controle harmônico e as funções de compensação de energia reativa em uma plataforma unificada. Depois que o sistema foi colocado em operação, a taxa atual de distorção harmônica caiu abaixo de 4 e o fator de potência permaneceu acima de 0,95. Os dados medidos mostraram que o consumo geral de energia do sistema diminuiu 15%, a taxa de falha do equipamento diminuiu em 40%e os benefícios econômicos significativos foram alcançados.

Outro caso típico é o projeto para melhorar a qualidade de energia conectada à grade de uma certa usina fotovoltaica. Durante o processo de geração de energia, o inversor fotovoltaico gerará ondas harmônicas específicas e, durante a operação noturna, haverá um problema de transmissão reversa de energia reativa. O projeto adotou um dispositivo SVG com capacidade de compensação bidirecional, combinada com um módulo de filtro ativo, para alcançar as funções duplas de controle harmônico e regulação reativa de energia, atendendo efetivamente aos requisitos de conexão da grade da empresa de grade de energia.

Tendências e perspectivas de desenvolvimento tecnológico

Com o avanço contínuo da tecnologia eletrônica de energia e o desenvolvimento de algoritmos de controle inteligente, a tecnologia colaborativa para mitigação harmônica e compensação de energia reativa está evoluindo para maior desempenho e maior inteligência. A introdução da tecnologia de inteligência artificial permite que os dispositivos de compensação aprendam características de carga autonomamente, prevejam tendências harmônicas e obtenham controle de remuneração preventiva. A aplicação da tecnologia Twin Digital permite otimizar os parâmetros do sistema em um ambiente virtual, reduzindo significativamente o tempo de depuração no local.

A popularização do conceito de design modular trouxe maior confiabilidade e flexibilidade ao sistema de governança colaborativa. Ao combinar unidades de energia padronizadas, a capacidade do sistema pode ser configurada com flexibilidade de acordo com as necessidades reais e também é conveniente para expansão e manutenção posteriores. Essa abordagem de design é particularmente adequada para o desenvolvimento de empresas com cargas de eletricidade em constante mudança.

No campo de nova energia, devido à natureza intermitente de fontes de energia intermitentes, como energia eólica e energia fotovoltaica, uma nova geração de sistemas de governança colaborativa está desenvolvendo algoritmos de resposta dinâmica mais rápidos. Esses sistemas não apenas precisam lidar com problemas de energia harmônica e reativa comuns, mas também devem ser capazes de suavizar as flutuações de energia da geração de energia renovável e fornecer os serviços de suporte necessários para a rede de energia.

Em resumo, a otimização colaborativa do controle harmônico e da compensação de energia reativa é uma maneira eficaz de melhorar a estabilidade do sistema de energia. Através da aplicação integrada de filtros de energia ativos e geradores de energia reativa estática, a solução de compensação de energia reativa de baixa tensão da Geyue Electric pode abordar simultaneamente dois principais problemas de qualidade da energia elétrica: poluição harmônica e energia reativa insuficiente. Como fabricante profissional de equipamentos de remuneração de energia reativa, nossa empresa, a Geyue Electric, continuará promovendo a inovação tecnológica e a desenvolver soluções de controle colaborativo mais inteligentes e eficientes para criar maior valor para os usuários e contribuir para a operação segura e estável do sistema de energia. Se você quiser ter uma visão do nosso mais novo catálogo de produtos, entre em contato conoscoinfo@gyele.com.cnpara referência.