Potencia reactiva y como compensarlas con sistemas PV+BESS

¿Que produce en los sistemas eléctricos?

• Desfase de la corriente (atraso): La corriente se retrasa en el tiempo respecto al voltaje. La corriente tarda más en alcanzar su punto máximo porque primero debe "construir" el campo magnético en las bobinas.
• Caídas de voltaje: Al requerir más corriente para mantener los campos magnéticos, aumenta la caída de tensión en las líneas de transmisión, haciendo que el voltaje llegue más bajo a los equipos.
• Saturación de cables y transformadores: Exige que circule una corriente total mayor por los conductores. Esto calienta los cables por efecto Joule, limita la capacidad útil de los transformadores y desperdicia energía en forma de pérdidas por transporte.
• Bajo Factor de Potencia: Reduce el factor de potencia (por debajo de 0.9 o 0.8), lo que suele provocar multas económicas severas por parte de las empresas distribuidoras de electricidad.

¿Que produce potencia reactiva capacitiva?

Es generado por dispositivos electrónicos o líneas aéreas muy largas o subterráneas, principalmente todo lo que produzca un efecto de capacitancia. Normalmente la generan bancos de capacitores o condensadores, líneas de transmisión aéreas muy largas, líneas subterráneas de AT o fuentes conmutables. 

¿Que produce en los sistemas eléctricos?

• Desfase de la corriente (adelanto): La corriente se adelanta en el tiempo respecto al voltaje. Al principio del ciclo, el capacitor absorbe mucha corriente para cargarse antes de que el voltaje llegue a su punto máximo.
• Elevación del voltaje (Efecto Ferranti): En redes con exceso de capacidad y baja carga (por ejemplo, de noche), la potencia capacitiva puede provocar que el voltaje al final de la línea sea más alto que el voltaje en la fuente generadora. Esto puede dañar equipos electrónicos sensibles por sobretensión.
• Compensación del efecto inductivo: Actúa como un "amortiguador" natural de las bobinas. Como la corriente capacitiva va en sentido opuesto a la inductiva, reduce la corriente total necesaria que se le pide a la red pública.

Multas por mal factor de potencia y métodos de compensación.

Como ya analizamos, la potencia reactiva es común en las redes de energía alterna. Son necesarias para ciertas funciones y producen complicaciones para otras. Por ello, es importante mantener un equilibrio entre ambas y las compañías distribuidoras se encargan de fiscalizar a los usuarios con mal factor de potencia y establecer multas (normadas) a los que no cumplan con el factor correcto, el cual por normativa debe ser superior a 0.93 según la ley general de servicios eléctricos.

¿Cómo resuelven las compañías distribuidoras?

El primer filtro para asegurar la calidad de la Red es establecer multas a los usuarios con mal FP, pero además, las compañias usan tecnologías basadas en bancos de condensadores automáticos o estáticos en subestaciones eléctricas, cambiadores bajo carga para control de voltajes (OLTC) o tecnologías más modernas basados en electrónica de potencia para corregir y mantener el equilibrio del FP en la Red de distribución.

¿Cómo resuelven las compañías transmisoras?

En las redes de alta o extra alta tensión, el control de potencia reactiva se realiza a través de tecnologías más modernas como sistemas STATCOM o SVC, reactores de derivación o bancos de condensadores de alta tensión entre otros métodos modernos para estabilizar en tiempo real las potencias y voltajes de las redes de transmisión.

• STATCOM (Compensador Estático Sincrónico): Utiliza inversores basados en electrónica de potencia (IGBT) para generar o absorber reactivos de forma ultra rápida. Son fundamentales para estabilizar el voltaje ante fallas intempestivas en el sistema de transmisión.

• SVC (Compensador Estático de Var): Combina bancos de condensadores e inductores controlados por tiristores. Regula el flujo de potencia reactiva de manera continua variando la impedancia del sistema de forma automática.

• Bancos de Condensadores en Alta Tensión (MSC): Se conectan en paralelo en las barras de las subestaciones para elevar el voltaje e inyectar reactivos inductivos durante los periodos de alta demanda (bloque de demanda punta).

• Reactores en Derivación (MSR): Son bobinas gigantes que absorben potencia reactiva. Son indispensables en Chile durante las horas de baja demanda (o alta generación solar) para contrarrestar el "Efecto Ferranti".

• Condensadores Sincrónicos: Son motores sincrónicos gigantes que giran en vacío (sin carga mecánica) conectados a la red de transmisión. Ajustando su corriente de excitación, aportan o absorben reactivos de forma suave y, además, entregan inercia física al sistema, algo crítico debido al retiro de las centrales termoeléctricas a carbón en Chile.

• Generadores de Centrales Eléctricas: El Coordinador Eléctrico Nacional instruye a las centrales hidráulicas, térmicas y a los parques eólicos/solares modernos (mediante sus inversores) operar con un determinado factor de potencia (modificando su control de excitación) para regular el voltaje local de la red de transmisión de forma obligatoria.

• Condensadores en Serie: Se instalan directamente en serie en la mitad de las líneas de transmisión extremadamente largas. Su función es "cancelar" parte de la inductancia natural de la línea, "acortándola" eléctricamente. Esto mejora drásticamente la estabilidad y aumenta la capacidad máxima de transferencia de potencia activa entre regiones (por ejemplo, del Norte Grande a la zona central).

¿Cómo lo resuelven los usuarios?

Desde el punto de vista usuarios, el método más común usado en la industria es el banco de condensadores. Estos se instalan de manera centralizada y mide en tiempo real el FP, ajustando la inyección de potencia reactiva capacitiva para contrarrestar la reactiva inductiva comúnmente presente en la industria. 

Estos equipos son económicos y relativamente fáciles de dimensionar (es una tecnología antigua y conocida) pero requieren de un mantenimiento continuo, cambio de "botellas" de condensadores o en algunos casos más extremos, dichas botellas pueden incluso reventar.

Energía solar y BESS como compensación de potencia reactiva.

Los inversores fotovoltaicos más modernos cuentan con sistemas de electrónica de potencia que les permiten trabajar en modo PQ, pudiendo inyectar no solo potencia activa sino también potencia reactiva. La capacidad de inyectar potencia reactiva se basa netamente en la capacidad electrónica de cada marca o modelo.

• Manipulación de la Onda de Corriente: El microprocesador del inversor genera una señal de corriente alterna artificial usando transistores de alta velocidad (IGBTs o SiC). Al modificar el instante exacto en que los transistores se encienden y apagan, el inversor puede hacer que la onda de corriente se adelante (comportamiento capacitivo/condensador) o se atrase (comportamiento inductivo/bobina) respecto al voltaje medido en el empalme.

• Medición en el Punto de Conexión (Grid Metering): El sistema fotovoltaico o BESS lee en tiempo real el Factor de Potencia total de la instalación mediante un medidor inteligente ubicado en la entrada principal del cliente.

• Inyección de Reactivos Bajo Demanda: Si la industria enciende un motor grande (baja el FP debido al consumo de kVAr inductivos), el inversor calcula instantáneamente el déficit y ajusta su ángulo de disparo. El inversor suministra localmente los kVAr requeridos en menos de un segundo, evitando que estos viajen desde la red de la distribuidora. 

• Factor de Potencia Fijo: Se programa el inversor para operar siempre con un desfase constante (por ejemplo, FP = 0,95 capacitivo) para contrarrestar una carga base inductiva conocida de la planta.
• Modo Dinámico: El inversor ajusta la cantidad de potencia reactiva entregada dependiendo de la cantidad de potencia activa que está generando el sol en ese momento, o según las fluctuaciones de voltaje de la red local.

• Capacidad Nocturna: Los inversores fotovoltaicos modernos pueden corregir el FP incluso cuando el sol se oculta. Las baterías del BESS o los condensadores internos del inversor solar alimentan la electrónica de control para seguir inyectando potencia reactiva las 24 horas del día, eliminando por completo la necesidad de un banco de condensadores externo.

• Función "Q at Night" (Potencia Reactiva Nocturna): Los inversores de Huawei eliminan por completo la necesidad de bancos de condensadores. Durante la noche, el inversor puede energizarse desde el lado de corriente alterna (AC) utilizando energía de la red o del BESS para actuar como un SVG (Static Var Generator), inyectando o absorbiendo los kVAr necesarios para mantener el Factor de Potencia de la planta sobre 0,93 de manera ininterrumpida.

• Algoritmo Smart Reactive Power Compensation: Mediante el gestor central SmartLogger3000 y medidores inteligentes Smart Power Sensor, Huawei procesa los datos del punto de conexión en tiempo real. Su algoritmo propietario ajusta dinámicamente el ángulo de desfase de todos los inversores en paralelo en milisegundos, ofreciendo una regulación lineal y continua que evita los escalones bruscos de los contactores mecánicos tradicionales. 

• Capacidad Grid-Forming : En los proyectos BESS más modernos de Huawei, los inversores no se limitan a seguir los parámetros de la red (Grid-following). Su tecnología Grid-forming les permite actuar como fuentes virtuales de voltaje independientes, inyectando potencia reactiva instantánea para estabilizar la tensión ante caídas bruscas en líneas de transmisión o distribución débiles. 

• Modo de Optimización de Calidad de Energía (Power Quality Optimization): Huawei integra algoritmos de control de lazo cerrado con inteligencia artificial dentro del firmware de sus inversores. Al activar esta función, el inversor analiza de manera continua la distorsión en la onda de voltaje de la red y ajusta su propia conmutación interna para entregar una corriente de salida con un THD (Distorsión Armónica Total) inferior al 3%, cumpliendo holgadamente los estándares de la SEC.

• Inmunidad a la Resonancia por Armónicos: Los bancos de condensadores tradicionales corren el riesgo de amplificar los armónicos existentes en una industria (creando circuitos resonantes que destruyen los equipos). Los inversores de Huawei, al actuar como fuentes de corriente controladas electrónicamente, no poseen capacitancia física en paralelo con la red, eliminando por completo los riesgos de fallas por resonancia. 

• Supresión Activa de Componentes DC y Alta Frecuencia: Equipados con filtros EMI avanzados a la salida y etapas de modulación adaptativa, los equipos Huawei neutralizan de forma activa la inyección no deseada de componentes de corriente continua (DC) y armónicos de alta frecuencia hacia los transformadores de acoplamiento de la instalación. 

Huawei y su tecnología se mantienen a la vanguardia de la tecnología mundial, inversores como el SUN2000-506KTL-H1/H2/H3 incorporaba la tecnología GFM antes incluso de que se volviera exigencia normativa en Chile, y llegó al mercado bajo calidad y condición ya probada en el mercado Chino y Europeo. La adaptabilidad de las soluciones Huawei te permite no solo resolver el requerimiento de autonomía eléctrica a bajo costo de los clientes, sino además, puedes ayudar al cliente final a resolver los problemas de mal FP sin la necesidad de instalar bancos de condensadores, ayudando un poco más a que el ROI sea más rentable a corto plazo.

FIN.