El proceso completo de generación y uso de la electricidad puede dividirse claramente en cuatro etapas principales: generación de energía → transmisión → distribución → consumo. Primero, las centrales eléctricas convierten diversas fuentes de energía primaria (como carbón, energía hidroeléctrica, energía eólica, energía nuclear y energía solar) en energía eléctrica. Luego, la gran cantidad de electricidad generada por las centrales se transmite de manera eficiente y con bajas pérdidas hacia centros de carga distantes (ciudades y áreas industriales). A continuación, la electricidad de la red de transmisión de alta tensión se reduce de voltaje y se distribuye a las áreas donde se encuentran los usuarios finales. Finalmente, después de que la electricidad llega al medidor del usuario, alimenta los diversos dispositivos eléctricos del usuario. En el lado del usuario, la electricidad se transmite a través del cableado interno para accionar diversos electrodomésticos como iluminación, televisores, aires acondicionados, refrigeradores y motores eléctricos, convirtiéndose en luz, calor, sonido y energía mecánica para completar todo el servicio.

Todo el proceso implica la generación de electricidad mediante generadores, el uso de transformadores para elevar el voltaje para la transmisión a larga distancia con bajas pérdidas, luego el uso de un sistema de distribución eléctrica para reducir el voltaje paso a paso para una distribución precisa, y finalmente innumerables dispositivos eléctricos convierten la electricidad en las diversas formas de energía que necesitamos.

II. Principales causas de los problemas de calidad de la energía

2.1. Arranque, parada y fuertes fluctuaciones de grandes cargas

· Cargas de impacto: como el arranque de grandes motores eléctricos (bombas de agua, ventiladores), trenes de laminación, prensas de estampado, etc., que generan un impacto de 6-10 veces la corriente nominal durante el arranque, provocando una caída momentánea del voltaje de la red (hueco de tensión).

· Cargas fluctuantes: como los hornos de arco eléctrico y las máquinas de soldadura, tienen corrientes de funcionamiento extremadamente inestables, lo que puede causar parpadeo de voltaje (fluctuaciones y parpadeo de tensión), provocando que las luces parpadeen de forma notable.

2.2. Carga no lineal

· La corriente en estos dispositivos no es proporcional al voltaje aplicado. Tradicionales cargas no lineales, como los circuitos de excitación de transformadores y reactancias con núcleo de hierro, generan armónicos impares.

· Absorben corriente no sinusoidal de la red eléctrica, causando distorsión de la forma de onda de voltaje y generando contaminación armónica.

2.3. Conexión a gran escala a la red de fuentes de energía renovable intermitentes

· la energía fotovoltaica y eólica varía drásticamente con el clima, causando fluctuaciones de voltaje y parpadeo en el punto de conexión común. Los inversores conectados a la red también son fuentes de armónicos. Además, carecen de la inercia de los generadores tradicionales, lo que debilita la estabilidad de frecuencia y la inmunidad a perturbaciones de la red eléctrica, y puede agravar los efectos de huecos de tensión en ciertas situaciones.

2.4. Cambios en la estructura de la red eléctrica

· La integración a gran escala de fuentes de energía distribuidas (como la fotovoltaica en tejados) ha transformado la red de distribución de una red radial tradicional "unidireccional" a una red "multifuente bidireccional", complicando la dirección del flujo de energía y pudiendo provocar aumentos de tensión , desequilibrios trifásicos más graves y mayor dificultad en la protección y el control.

III. Escenarios donde los problemas de calidad de la energía son propensos a ocurrir

3.1 Parques industriales de manufactura (especialmente industria pesada y manufactura de precisión)

· Escenarios típicos incluyen plantas de fabricación de automóviles, fábricas de semiconductores/chips, acerías, plantas petroquímicas y fábricas de papel.

· Problema: La línea de producción se ve afectada simultáneamente por cargas de impacto (prensas, trenes de laminación) y cargas no lineales (motores con variador de frecuencia), generando armónicos severos y caídas de tensión. Además, los equipos de control sensibles en la línea de producción (PLC, robots) son altamente susceptibles a interferencias, lo que provoca paradas inesperadas de toda la línea de producción y pérdidas económicas significativas.

3.2 Centrales de energía renovable y puntos de conexión a la red

· Escenario típico:Grandes plantas fotovoltaicas y parques eólicos.

· Problema:La inestabilidad de la potencia de salida provoca fluctuaciones de voltaje en el punto de conexión a la red, generando armónicos en el inversor; durante fallos de la red, puede desconectarse o sus características de soporte de corriente de falla pueden diferir de las fuentes tradicionales, afectando la estabilidad de la red eléctrica regional.

3.3 Edificios comerciales y centros de datos

· Escenarios típicos incluyen grandes edificios de oficinas, centros comerciales, centros de datos de Internet (IDC) y hospitales.

· Problema:los edificios están llenos de fuentes de alimentación conmutadas (equipos de oficina, iluminación LED) y aires acondicionados inverter , lo que los convierte en "puntos calientes" de contaminación armónica. Para centros de datos y hospitales, las caídas de tensión pueden provocar fallos de servidores o interrupciones en equipos médicos, lo que resulta en pérdida de datos o riesgos médicos. El arranque de grandes motores como ascensores también puede causar caídas de tensión localizadas.

3.4 Sistema de transporte ferroviario urbano

· Escenario típico: subestaciones de tracción para metro y tren ligero.

· Problema:las locomotoras eléctricas son cargas típicas de alta potencia, fluctuantes y no lineales. Sus rectificadores generan una gran cantidad de armónicos , que se inyectan en la red eléctrica pública, causando importantes fluctuaciones de voltaje y afectando a otros usuarios en la misma zona de suministro eléctrico.

3.5 Áreas de extremo de red remota o débil

· Escenarios típicos incluyen redes eléctricas rurales, microrredes independientes en islas y usuarios finales de líneas de transmisión de larga distancia.

· problema: la línea tiene alta impedancia, lo que fácilmente conduce a una gran caída de tensión cuando se aplica una carga grande, lo que resulta en un voltaje persistentemente bajo. También es menos tolerante a las fluctuaciones de voltaje y caídas.

Productos principales que pueden mejorar la calidad de la energía