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Filtro activo de potencia (FAP)

Introducción al filtro activo de potencia

Las cargas no lineales se han utilizado con frecuencia en años recientes. Sin embargo, la calidad de la fuente de alimentación se ve gravemente afectada debido a las características no lineales, de impacto y de desequilibrio. Los transformadores de excitación de corriente y los generadores eran las principales fuentes de armónicos antes de empezar a utilizar componentes de potencia electrónica. Tras la utilización a gran escala de componentes de potencia electrónica, estos dispositivos electrónicos se convirtieron en las principales fuentes de armónicos. Las más habituales incluyen el horno por arco, sistemas de tracción eléctrica, UPS, rectificadores, inversores de frecuencia, ordenadores, lámparas fluorescentes, electrodomésticos, etc.

Gracias a su bajo coste y a su estructura sencilla, los filtros pasivos convencionales se utilizan, sobre todo, para la eliminación de armónicos y para compensar la potencia reactiva. No obstante, el filtro pasivo es de gran tamaño y sus funciones de compensación se pueden ver afectadas fácilemente por la impedancia del sistema y su estado de funcionamiento. Es fácil para los filtros pasivos resonar con el sistema. Por eso, no es suficiente utilizar solo filtros pasivos para controlar los armónicos. Se deberán utilizar filtros electrónicos más avanzados e inteligentes – filtros de potencia activa para mejorar la calidad de la electricidad en sistemas de distribución de energía eléctrica.

A continuación se muestra la estructura topológica principal del filtro de potencia activa según los modos de conexión con objetos de compensación.

Hoy en día, el filtro activo de potencia de derivación es el equipo de filtración que goza de más éxito. Se asemeja a un generador de compensación de corriente. Hace un seguimiento de los componentes de los armónicos de la corriente automáticamente y controla el convertidor PWM para inyectar corriente compensada a la red de energía. La corriente compensada tiene la misma amplitud que la corriente armónica, pero con una polaridad opuesta. Como resultado, se filtra la corriente armónica. Además, el filtro activo de potencia también puede compensar la potencia reactiva y el desequilibrio trifásico según las diferentes necesidades.

Los múltiples filtros de potencia activa, como máximo 10 de nuestros productos, se pueden conectar en paralelo para compensar los armónicos de corriente, por lo que nuestros filtros lineales se utilizan frecuentemente en ámbitos industriales. Sin embargo, como la tensión de fuente de alimentación entra directamente en el convertidor, el nivel de tensión de los componenetes de conmutación es mayor. Consecuentemente, requiere de una inversión importante. Por eso, el FAP de derivación es solo adecuado para cargas de armónicos de corrientes-fuentes.

Riesgos que hay que tener en cuenta sobre los armónicos
El filtro activo de potencia es un componente necesario en la subestación del sistema de alimentación debido a los siguientes riesgos que comportan los armónicos:
1. Los armónicos causarán una pérdida extra en la red de energía. Reducirán la eficiencia de uso de potencia de las cargas de transmisión, generación y potencia. Los armónicos terceros pueden causar fácilmente una sobrecarga de cableado y transformación, generar calor y, en casos extremos, producir un incendio.
2. Los armónicos afectarán el funcionamiento normal de todo tipo de equipos de potencia. Causarán vibración mecánica, ruido y sobretensión de los motores así como una pérdida extra. Además, producirán un sobrecalentamiento en los transformadores de potencia, condensadores y cables y, como consecuencia, se producirá un envejecimiento del sistema de aislamiento, un acortamiento de la vida útil y daños.
3. Los armónicos pueden interferir con sistemas de conexión adjuntos y pueden hacer que estos dispositivos generen ruido, empeoren su calidad de conexión o incluso provocar un pérdida de datos.
4. Los armónicos provocan un malfuncionamiento de los dispositivos de relé de protección y equipos de automatización, lo que da lugar a mediciones inexactas.
5. Los armónicos en la red de potencia pueden causar resonancia paralela y resonancia en serie. A su vez, magnificarán los armónicos y pueden provocar accidentes de potencia serios.

Estándares de armónicos
En la tabla 1 mostramos el valor límite de la tensión de armónicos según los estándares chinos del PRC, “Calidad del suministro de energía eléctrica- Armónicos en la red de suministro pública”, GB/T14549-1993.

Máxima corriente de armónicos permitida que se puede inyectar en el PCC (Tabla 2)

Cuando la capacidad mínima del cortacircuito en el PCC es diferente a la capacidad estándar del cortacircuito que se muestra en la tabla de arriba, la corriente máxima de armónicos permitida se puede calcular de acuerdo con la siguiente fórmula:

Donde,
Sk1: Capacidad mínima del cortacircuito en el PCC, MVA;
Sk2: Capacidad estándar del cortacircuito, MVA;
Ihp: Máxima corriente de armónicos hth permitida, A, en la tabla 2;
Ih: Máxima corriente de armónicos hth permitida cuando la capacidad del cortocircuito es Sk1.

Nombres relacionados
Proveedor de filtros armónicos | Analizador de calidad eléctrica | Corrector del factor potencia trifásico | Filtración de armónicos

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