Evaluación de filtros pasivos para la gestión de armónicos en redes industriales de distribución eléctrica

• Ladino Serrano, Sebastian Alejandro ^[1] ; Paternina Durán, José Luis ^[1] ; Vitola Oyaga, Jaime ^[1] ; Torres Pinzón, Carlos Andrés ^[1]
  1. [1] Universidad Santo Tomás, Colombia
• Localización: TecnoLógicas, ISSN-e 2256-5337, ISSN 0123-7799, Nº. 58, 2023
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Evaluation of Passive Filters for the Management of Harmonics in Industrial Electrical Distribution Networks
• Enlaces
  • Texto completo (pdf)
• Resumen
  • español

    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.

  • English

    It is necessary to manage harmonics to obtain energy quality in distribution systems. Therefore, this article aimed to evaluate the use of passive filters as a viable alternative for harmonic management in medium voltage electrical distribution networks with high industrial load. To do this, the Total Harmonic Distortion Indices were analyzed, which were calculated and graphed with Matlab software. First, a case study was proposed based on the 34-node IEEE distribution network. Later, four simulation scenarios were defined that allow the integration of capacitor banks, rejection reactances, and harmonic sources. Based on a mathematical design, the daily harmonic load flow for each hour was analyzed, and rejection reactance design mechanisms were proposed as a complement to traditional power factor correction solutions based on capacitor banks. The results showed that the use of passive LC filters can be highly effective for the management of voltage harmonic distortion, but insufficient for the elimination of current harmonic distortion. However, this type of filters does show complete effectiveness in limiting harmonic amplification (both voltage and current) when using capacitor banks for power factor correction in systems with harmonic problems. Concluding that LC passive filters with rejection reactors mitigate voltage harmonics even if there are capacitor banks and sources of harmonics, which makes them the most feasible, effective, and economical way to obtain energy quality.