Evaluación de filtros pasivos para la gestión de armónicos en redes industriales de distribución eléctrica
Resumen
Es necesario gestionar armónicos para obtener calidad energética en sistemas de distribución. Por lo cual, este artículo tuvo como objetivo evaluar el uso de filtros pasivos como alternativa viable para la gestión armónica en redes de distribución eléctricas en media tensión con alta carga industrial, mediante el análisis de Índices de Distorsión Armónica Total que fueron calculados y graficados con el software Matlab. Así, primero se propuso un caso de estudio con base en la red de distribución IEEE 34 nodos, para posteriormente, definir cuatro escenarios de simulación que permiten la integración de bancos de condensadores, reactancias de rechazo y fuentes de armónicos. Partiendo de un diseño matemático se analizó el flujo de carga armónico diario para cada hora, y se propusieron mecanismos de diseño de reactancias de rechazo como complemento a las soluciones tradicionales de corrección de factor de potencia basadas en bancos de condensadores. Los resultados mostraron que, el uso de los filtros pasivos LC pueden ser altamente efectivos para la gestión de distorsión armónica de tensión, pero insuficientes para la eliminación de distorsión armónica de corriente. Sin embargo, esta clase de filtros sí muestran completa eficacia en la limitación de amplificación de armónicos (tanto de tensión, como de corriente) al utilizar bancos de condensadores para la corrección de factor de potencia en sistemas con problemáticas de armónicos. Concluyendo que los filtros pasivos LC con reactancias de rechazo mitigan armónicos de voltaje así se tengan bancos de condensadores y fuentes de armónicos, lo que los convierte en la forma más factible, eficaz y económica de obtener calidad energética.
Referencias bibliográficas
J. Izquierdo Franco, “Estudio de flujos de potencia y análisis de fallas en sistemas eléctricos de distribución radial,” Tesis Maestría, Universidad Autónoma de Nuevo León, Monterrey, México, 2002. Available: https://cd.dgb.uanl.mx/handle/201504211/4119
G. L. Ferro, “Circuitos de corriente alterna,” en Electrotecnia (para la Carrera Ingeniería Mecánica), Argentina, 2016, pp. 1-23. http://www3.fi.mdp.edu.ar/dtoelectrica/files/electrotecnia/e_im_4_cicuitos_de_corriente_alterna.pdf
E. A. Rosero Rosero, “Corrección del factor de potencia en micro-redes eléctricas ante el peligro de resonancia por alta penetración de cargas no lineales,” Tesis de Licenciatura, Facul. Ing. Elect., Universidad Politécnica Salesiana, Ecuador, 2020. https://dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/19390/1/UPS%20-%20TTS201.pdf
J. M. M. Ortega, “Optimizacion de filtros positivos para la compensacion de reactiva y mitigacion de armonicos en instalaciones industriales,” Ph.D. dissertation, Universidad de Sevilla, España, Available: 2001. https://dialnet.unirioja.es/servlet/tesis?codigo=263539
A. Insuasty, “La penalización por reactivos según la CREG 015-2018: Un tema para no descuidar y mantener los costos de energía bajo control,” ISAGEN Energía Productiva, Tercera Entrega, 2019. Available: https://isagen.com.co/documents/20123/34950/boletin-junio-2019.pdf/7353c982-fd59-e54b-c720-1ab7e0a9bc82?t=1578584865051
Asea Brown Boveri, S.A., “Corrección del factor de potencia y filtrado de armónicos en las instalaciones eléctricas,” in Cuaderno de aplicaciones técnicas nº 8, Barcelona, 2010, pp. 1-56. https://library.e.abb.com/public/897462d590876b5fc125791a003bd1e0/1TXA007107G0701_CT8.pdf
M. A. Mora Barajas, and P. Bañuelos-Sánchez, “Contaminación armónica producida por cargas no lineales de baja potencia: modelo matemático y casos prácticos” Ing. invest. y tecnol., v. 11, no. 2, pp. 189-198, Abr-Jun. 2010. https://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-77432010000200006
J. R. Aranda Mendoza, “Análisis descriptivo de la amortiguación y eliminación de armónicos en sistemas eléctricos de potencia,” thesis, Facultad De Ingeniería Eléctrica Y Electrónica, Universidad Nacional Del Centro Del Perú, Huancayo – Perú, 2015. https://repositorio.uncp.edu.pe/handle/20.500.12894/4545
C. A. Ríos Reyes, R. A. Gallego Rendón, and M. A. Naranja. “Análisis De Armónicos En Sistemas Eléctricos,” Scientia et technica, vol. 1, no. 21, pp. 21-26, 2003. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/4847215.pdf
E. E. Parra López, “Análisis de armónicos en sistemas de distribución,” in Colección Textos, Colombia: UNAL, 2004. https://books.google.com.cu/books?id=O08UfHfOhwwC
G. López Solar, “Medida de armónicos en ambientes industriales,” Técnica industrial, no. 258, pp.37-42, 2009. https://www.tecnicaindustrial.es/medida-de-armonicos-en-ambientes-industriales/
J. Arrillaga Garmendia, and L. I. Eguıluz Morán, “Armónicos en sistemas de potencia,” Servicio de publicaciones de la Universidad de Cantabria, España, 1994. https://books.google.com.uy/books?id=OJC5W_I1qcIC&lpg=PP1&hl=es&pg=PP1#v=onepage&q&f=false
D. Schwanz, M. Bollen, and A. Larsson, “A review of solutions for harmonic mitigation,” 2016 17th International Conference on Harmonics and Quality of Power (ICHQP), Belo Horizonte, Brazil, 2016, pp. 30-35. https://doi.org/10.1109/ICHQP.2016.7783422
O. Cruz Hernández, “Mitigación de la distorsión armónica en redes eléctricas mediante filtrado híbrido activo-pasivo,” M.S. tesis, Facultad de Ingeniería Eléctrica, Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, México, 2015. http://bibliotecavirtual.dgb.umich.mx:8083/xmlui/handle/DGB_UMICH/3505
S. Dlamini, I. E. Davidson, and A. A. Adebiyi, “Design and Application of the Passive Filters for Improved Power Quality in Stand-alone PV Systems,” 2023 31st Southern African Universities Power Engineering Conference (SAUPEC), Johannesburg, South Africa, 2023, pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/SAUPEC57889.2023.10057777
D. F. Montoya Céspedes, “Mitigación del nivel de armónicos en un sistema eléctrico industrial mediante un filtro de armónico pasivo,” B.S. tesis, Escuela de Ingenierías, Universidad Pontificia Bolivariana, Medellín, Colombia, 2016. https://repository.upb.edu.co/bitstream/handle/20.500.11912/4291/Mitigaci%C3%B3n%20del%20nivel%20de%20arm%C3%B3nicos%20en%20un%20sistema%20el%C3%A9ctrico%20industrial%20mediante%20un%20filtro%20de%20arm%C3%B3nico%20pasivo.pdf?sequence=1&isAllowed=y
M. Amini, A. Jalilian, and M. R. Pour Behbahani, “Fast network reconfiguration in harmonic polluted distribution network based on developed backward/forward sweep harmonic load flow,” Electric Power Syst. Res., vol. 168, pp. 295–304, 2019. https://doi.org/10.1016/j.epsr.2018.12.006
S. Aldebawy, A. Draz, and A. El-Fergany, “Harmonics Mitigation Using Passive Filters in Distribution Networks Penetrated with Photovoltaic power,” 2022 23rd International Middle East Power Systems Conference (MEPCON), Cairo, Egypt, 2022, pp. 1-5. https://doi.org/10.1109/MEPCON55441.2022.10021757
R. Brahmachary, A. Bhattacharya, and I. Ahmed, “Allocation of Active Power Filter in Distribution Network Considering Nonlinear Loads,” 2021 IEEE 2nd International Conference on Smart Technologies for Power, Energy and Control (STPEC), Bilaspur, Chhattisgarh, India, 2021, pp. 1-6. https://doi.org/10.1109/STPEC52385.2021.9718732
O. P. Mahela, B. Khan, H. H. Alhelou, S. Tanwar, and S. Padmanaban, “Harmonic mitigation and power quality improvement in utility grid with solar energy penetration using distribution static compensator”, IET Power Electron., vol. 14, no. 5, pp. 912–922, Apr. 2021. https://doi.org/10.1049/pel2.12074
Q. Wang, Z. Yang, X. Yin, H. Zhang, Y. Li, and L. Sun, “Optimal Allocation Method of SAPFs for Harmonic Loss Reduction in Distribution Networks Based on Multi-objective Particle Swarm Optimization,” 2021 International Conference on Power System Technology (POWERCON), Haikou, China, 2021, pp. 1769-1774. https://doi.org/10.1109/POWERCON53785.2021.9697777
A. Kalair, N. Abas, A. R. Kalair, Z. Saleem, and N. Khan, “Review of harmonic analysis, modeling and mitigation techniques,” Renew. Sustain. Energy Rev., vol. 78, pp. 1152–1187, Oct. 2017. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.121
A. Frobel, and R. Vick, “Chosen aspects for harmonic analysis in distribution networks,” in 22nd International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (CIRED 2013), 2013. https://doi.org/10.1049/cp.2013.1148
A. Taghvaie, T. Warnakulasuriya, D. Kumar, F. Zare, R. Sharma, and D. M. Vilathgamuwa, “A Comprehensive Review of Harmonic Issues and Estimation Techniques in Power System Networks Based on Traditional and Artificial Intelligence/Machine Learning,” in IEEE Access, vol. 11, pp. 31417-31442, 2023. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2023.3260768
G. Ye, J. Van Waes, V. Cuk, and J. F. G. Cobben, “Downstream Network Modeling With Generalized Distribution Networks for Harmonic Studies,” in IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 35, no. 5, pp. 2495-2505, Oct. 2020. https://doi.org/10.1109/TPWRD.2020.2970228
J. A. Yebra Morón. Sistemas eléctricos de distribución, 4ª ed., Barcelona, España: Reverté, 2021. https://www.reverte.com/libro/sistemas-electricos-de-distribucion_91677/
IEEE. “Modeling and simulation of the propagation of harmonics in electric power networks. I. Concepts, models, and simulation techniques,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 11, no. 1, pp. 452-465, Jan. 1996. https://doi.org/10.1109/61.484130
K. J. O’Reilly, “Análisis de la distorsión armónica en cargas no lineales aisladas y combinadas en los rangos 0-2 kHz y 2-9 kHz,” M.S. tesis, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales y de Telecomunicación, Universidad de Cantabria, Santander, España, 2020. https://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/20263/430101.pdf?sequence=1
F. Acevedo Donoso, “Componentes armónicas en redes de distribución eléctricas: conceptos, norma vigente en chile y alternativas de solución al problema,” Revista Marina. vol. 1, pp. 2-3. https://www.revistamarina.cl/revistas/2001/5/Acevedo.pdf
A. Fajarí Aspano, “Análisis de anomalías eléctricas en instalaciones con cargas no lineales,” B. S. thesis, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica de Catalunya, Barcelona, España, 2017. https://upcommons.upc.edu/handle/2117/118097
Academia Lab, “Distorsión armónica total”, Academia-lab.com. Accessed: May. 26, 2023. https://academia-lab.com/enciclopedia/distorsion-armonica-total/
D. L. González Herrera, G. A. Luna Russi, and E. Rivas Trujillo, “Evaluación del impacto de la generación distribuida en redes de distribución basado en la normatividad colombiana y estándares IEEE,” Ingeniería, vol. 20, no. 2, pp. 289-305, 2015. https://www.redalyc.org/pdf/4988/498850181009.pdf
J. C. Ramírez Acero, “Desarrollo de una aplicación en el software Open DSS orientada a la simulación de un sistema de distribución en diferentes escenarios de operación,” M.S. thesis, Departamento de Ingeniería Eléctrica, Universidad de La Salle, Bogotá D.C., Colombia, 2019. https://ciencia.lasalle.edu.co/cgi/viewcontent.cgi?article=1252&context=ing_electrica
K. P. Schneider et al., “Analytic Considerations and Design Basis for the IEEE Distribution Test Feeders,” IEEE Transactions on Power Systems, no. 99, pp. 1-1, 2017. https://cmte.ieee.org/pes-testfeeders/resources/
C. D. Vera Silva, and A. R. Marulanda Guerra, “OPENDSS aplicado al modelamiento y simulación dinámica de microrredes,” Visión electrónica, vol. 12, no. 2, Jul. 2018. https://dialnet.unirioja.es/descarga/articulo/6747023.pdf
R. Abu-Hashim et al., "Test systems for harmonics modeling and simulation," IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 14, no. 2, pp. 579-587, Apr. 1999. https://doi.org/doi: 10.1109/61.754106
A. Ovalle et al., OpenDSS Files EPRI Distribution System Simulator, (2008), Sourceforge, Accessed: May. 28, 2023. Available: https://sourceforge.net/projects/electricdss/files/OpenDSS/
S. A. Ladino Serrano, “Evaluación de Filtros Pasivos como Alternativa para la Gestión de Armónicos en Redes de Distribución de Energía Eléctrica Industriales,” thesis, Facultad de Ingeniería Electrónica, Universidad Santo Tomás, Bogotá D.C., Colombia, 2023. https://repository.usta.edu.co/bitstream/handle/11634/52574/2023sebastianladino.pdf?sequence=1&isAllowed=y
F. Fornieles, “Diferencia entre coseno de phi y factor de potencia,” Francesc Fornieles, Accessed: May. 27, 2023. https://fornieles.es/perturbaciones-electricas/diferencia-coseno-phi-y-factor-potencia/
A. Ortega Hernández, “corrección del factor de potencia y eliminación de corrientes armónicas en sistemas de baja tensión,” M.S. thesis, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, 2017. https://ru.dgb.unam.mx/handle/20.500.14330/TES01000768203
G. D. Fuentes, and F. Martínez González, “Análisis de calidad de potencia mediante sistema de adquisición de datos,” thesis, Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad del Bío-Bío, Concepción, Chile, 2016. http://repobib.ubiobio.cl/jspui/bitstream/123456789/2251/1/Daroch_Fuentes_Gonzalo_Patricio.pdf
Lifasa Reactive Power Solutions, “Corrección del factor de potencia”, International Capacitors, S.A., pp 1-11. Available: https://lifasa.com/pdf/CORRECCIÓN_FACTOR_POTENCIA.pdf
I. Pérez Abril, “Calculation of the harmonics passive filters parameters,” Ingeniería Energética, vol. 33, no. 2, pp.133-142, May-Ago. 2012. http://scielo.sld.cu/scielo.php?pid=S1815-59012012000200006&script=sci_arttext&tlng=en
J. P. Claro Báez, “Modelado y simulación de Smart Grid con OpenDSS y Matlab,” M.S. thesis, Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática, Universidad de Sevilla, España, 2016. https://idus.us.es/handle/11441/52300
F. Fornieles, “Batería de condensadores con FILTRO de RECHAZO. [Cálculo PASO a PASO],” Francesc Fornieles. Accessed: May. 26, 2023. https://fornieles.es/energia-reactiva/%E2%9A%A1-bateria-de-condensadores-con-filtro-de-rechazo-calculo-paso-a-paso/
Descargas
Derechos de autor 2023 TecnoLógicas
Esta obra está bajo una licencia internacional Creative Commons Atribución-NoComercial-CompartirIgual 4.0.
Métricas
