statcom o compensador síncrono estático es un dispositivo electrónico de potencia que utiliza dispositivos de conmutación de fuerza como igbt, gto, etc. para controlar el flujo de potencia reactiva a través de una red eléctrica y, por lo tanto, aumentar la estabilidad de la red eléctrica. statcom es un dispositivo de derivación, es decir, está conectado en derivación con la línea. un compensador síncrono estático (statcom) también se conoce como condensador síncrono síncrono (statcon). Es miembro de la familia de dispositivos del sistema de transmisión de CA flexible (hechos).

Los términos síncrono en statcom significan que puede absorber o generar energía reactiva en sincronización con la demanda de estabilizar el voltaje de la red eléctrica.

Para comprender el principio de funcionamiento de statcom, primero veremos la ecuación de transferencia de potencia reactiva. Consideremos dos fuentes v1 y v2 conectadas a través de una impedancia z = ra + jx como se muestra en la figura a continuación.

en la ecuación de flujo de potencia reactiva anterior, el ángulo δ es el ángulo entre v1 y v2. así, si mantenemos el ángulo δ = 0, entonces el flujo de potencia reactiva se convertirá

q = (v2 / x) [v1-v2]

y el flujo de energía activa se convertirá

p = v1v2sinδ / x = 0

Para resumir, podemos decir que si el ángulo entre v1 y v2 es cero, el flujo de potencia activa se convierte en cero y el flujo de potencia reactiva depende de (v1 - v2). así, para el flujo de potencia reactiva hay dos posibilidades.

1) Si la magnitud de v1 es mayor que v2, entonces la potencia reactiva fluirá desde la fuente v1 a v2.

2) Si la magnitud de v2 es mayor que v1, la potencia reactiva fluirá desde la fuente v2 a v1.

Este principio se utiliza en statcom para el control de potencia reactiva. ahora discutiremos sobre el diseño de statcom para una mejor correlación del principio de funcionamiento y el diseño.

statcom tiene los siguientes componentes:

1) un convertidor de fuente de voltaje, vsc

El convertidor de fuente de voltaje se utiliza para convertir el voltaje de entrada de CC a un voltaje de salida de CA. dos de los tipos comunes de vsc son los siguientes.

una) Inversores de onda cuadrada que utilizan tiristores de apagado de compuerta: en este tipo de vsc, el voltaje de CA de salida se controla cambiando el voltaje de entrada del condensador de CC, ya que el componente fundamental del voltaje de salida del convertidor es proporcional al voltaje de CC.

si) Inversores pwm que utilizan transistores bipolares de puerta aislada (igbt): utiliza la técnica de modulación de ancho de pulso (pwm) para crear una forma de onda sinusoidal de una fuente de voltaje de CC con una frecuencia de corte típica de unos pocos kHz. en contraste con el tipo basado en gto, el vsc basado en igbt utiliza un voltaje de CC fijo y varía su voltaje de CA de salida cambiando el índice de modulación del modulador pwm.

2) condensador de corriente continua

El condensador de CC se utiliza para suministrar voltaje de CC constante al convertidor de fuente de voltaje, vsc.

3) reactancia inductiva

Se conecta un transformador entre la salida de VSC y el sistema de alimentación. El transformador básicamente actúa como un medio de acoplamiento. Además, el transformador neutraliza los armónicos contenidos en las ondas cuadradas producidas por vsc.

4) filtro armónico

El filtro de armónicos atenúa los armónicos y otros componentes de alta frecuencia debido al vsc.

En la figura siguiente se muestra un diagrama simplificado junto con un circuito eléctrico equivalente de statcom.

Ahora entenderemos cómo funciona el statcom, aunque hemos discutido el principio operativo básico de statcom. Como se puede ver en la figura anterior, la fuente v1 representa el voltaje de salida del statcom. en caso de que la demanda de potencia reactiva aumente en el sistema de potencia, statcom aumenta su voltaje de salida v1 mientras mantiene la diferencia de fase entre v1 y v2 a cero (debe tenerse en cuenta aquí que siempre existirá un pequeño ángulo de fase entre v1 y v2 para atender la caída de la impedancia de fuga en el transformador de interconexión). como v1 & gt; v2, la potencia reactiva fluirá desde statcom al sistema de alimentación. así statcom, suministra energía reactiva y actúa como generador de energía reactiva.

nuevamente, si el voltaje del sistema de energía aumenta debido a la descarga de carga, statcom reducirá su voltaje de salida v1 y, por lo tanto, absorberá la potencia reactiva para estabilizar el voltaje al valor normal.

El modo de operación anterior de statcom se llama modo de regulación de voltaje.

pero como sabemos, cada equipo tiene sus propias limitaciones, por lo que statcom también debe tener alguna limitación de suministro o absorción de potencia reactiva. sí, existe una limitación y esta limitación está impuesta por la capacidad de carga actual de los dispositivos de conmutación de fuerza como igbt, gto, etc. por lo tanto, si el funcionamiento de statcom alcanza su limitación, no aumenta ni disminuye más su voltaje de salida v1 sino que suministra o absorbe potencia reactiva fija igual a su valor límite a un voltaje y corriente fijos y actúa como fuente de corriente constante. Este modo de funcionamiento de statcom se llama modo de control var.

Por lo tanto, de la discusión anterior, el funcionamiento de statcom se puede clasificar en dos modos:

1) modo de regulación de voltaje

2) modo de control var

la figura a continuación explica bien los dos modos de operación anteriores de statcom.

La figura anterior muestra las características de corriente de voltaje de statcom. Como se puede ver, la capacidad de regulación de voltaje de statcom es de v1 (en el lado inferior) a v2 en el lado superior del sistema de alimentación. Si el voltaje del sistema de alimentación es inferior a v1 o superior a v2, statcom actúa en modo de control var. aquí v1 y v2 solo se toman, por ejemplo, no deben confundirse con v1 (utilizado para el voltaje de salida de statcom) y v2 (voltaje del sistema de alimentación) utilizado en la discusión anterior.

La estabilidad de voltaje es uno de los mayores problemas en los sistemas de energía. Los ingenieros e investigadores están tratando de consolidar una definición con respecto a la estabilidad del voltaje, además de proponer técnicas y metodologías para su análisis. La mayoría de estas técnicas se basan en la búsqueda del punto en el que el sistema jacobiano del sistema se vuelve singular, este punto se conoce como el punto de colapso de voltaje o punto de capacidad de carga máxima. (discutiremos el colapso del punto de voltaje en la próxima publicación) Las compensaciones en serie y derivación pueden aumentar las capacidades máximas de transferencia de la red eléctrica. En cuanto a la estabilidad del voltaje, dicha compensación tiene el propósito de inyectar energía reactiva para mantener la magnitud del voltaje en los nodos cercanos a los valores nominales, además de reducir la línea corrientes y por lo tanto las pérdidas totales del sistema. Hoy, debido al desarrollo de los dispositivos electrónicos de potencia, la magnitud del voltaje en algunos nodos del sistema se puede ajustar a través de dispositivos sofisticados y versátiles llamados hechos. uno de ellos es el compensador síncrono estático (statcom).

Por lo general, se instala un statcom para soportar redes eléctricas que tienen un factor de potencia deficiente y, a menudo, una regulación de voltaje deficiente. El uso más común de statcom es para la estabilidad del voltaje. un statcom es un dispositivo basado en convertidor de fuente de voltaje (vsc), con la fuente de voltaje detrás de un reactor. La fuente de voltaje se crea a partir de un condensador de CC y, por lo tanto, un statcom tiene muy poca capacidad de potencia activa. sin embargo, su capacidad de potencia activa se puede aumentar si se conecta un dispositivo de almacenamiento de energía adecuado a través del condensador de CC.