Amplificador de cuadratura

Un transformador regulador de ángulo de fase , regulador de ángulo de fase ( PAR , uso estadounidense), transformador de desplazamiento de fase , desplazador de fase (uso en la costa oeste estadounidense) o amplificador de cuadratura ( amplificador cuádruple , uso británico) es una forma especializada de transformador utilizado para controlar el flujo de potencia real en redes de transmisión eléctrica trifásicas .

En una línea de transmisión de corriente alterna , el flujo de potencia a través de la línea es proporcional al seno de la diferencia en el ángulo de fase del voltaje entre el extremo transmisor y el extremo receptor de la línea. ^[1] Cuando existen circuitos paralelos con diferentes capacidades entre dos puntos de una red de transmisión (por ejemplo, una línea aérea y un cable subterráneo), la manipulación directa del ángulo de fase permite controlar la división del flujo de potencia entre las rutas, lo que evita la sobrecarga. ^[2] Por lo tanto, los amplificadores de cuadratura proporcionan un medio para aliviar las sobrecargas en circuitos muy cargados y redirigir la energía a través de rutas más favorables.

Alternativamente, cuando un socio de intercambio está causando intencionalmente que una "energía inadvertida" significativa fluya a través del sistema de un socio de intercambio no dispuesto, el socio no dispuesto puede amenazar con instalar un desfasador para evitar dicha "energía inadvertida", siendo el objetivo táctico del socio no dispuesto la mejora de la estabilidad de su propio sistema a expensas de la estabilidad del otro sistema. ^{[ investigación original? ]} Como la estabilidad del sistema eléctrico (y por lo tanto la confiabilidad) es realmente un objetivo estratégico regional o nacional, la amenaza de instalar un desfasador suele ser suficiente para hacer que el sistema infractor implemente los cambios necesarios en su propio sistema para reducir en gran medida o eliminar la "energía inadvertida" que fluye a través del sistema afectado.

El costo de capital de un amplificador en cuadratura puede ser alto: hasta cuatro o seis millones de libras esterlinas (entre seis y nueve millones de dólares) para una unidad con una potencia nominal superior a 2  GVA . Sin embargo, la ventaja que ofrece a los operadores de sistemas de transmisión en términos de flexibilidad y velocidad de operación y, más particularmente, facilitando el despacho económico de la generación, puede recuperar rápidamente el costo de propiedad.

Mediante un voltaje derivado de la fuente de alimentación que primero se desfasa 90° (por lo tanto, está en cuadratura ) y luego se le vuelve a aplicar, se desarrolla un ángulo de fase a través del amplificador en cuadratura. Es este ángulo de fase inducido el que afecta el flujo de energía a través de circuitos específicos .

Un amplificador en cuadratura generalmente consta de dos transformadores separados: una unidad en derivación y una unidad en serie . La unidad en derivación tiene sus devanados conectados a través de las fases, por lo que produce voltajes de salida desplazados 90° con respecto a la fuente de alimentación. Su salida se aplica luego como entrada a la unidad en serie, que, debido a que su devanado secundario está en serie con el circuito principal, agrega el componente desfasado. El voltaje de salida total es, por lo tanto, la suma vectorial del voltaje de la fuente de alimentación y el componente en cuadratura de 90°.

Las conexiones de derivación en la unidad de derivación permiten controlar la magnitud del componente de cuadratura y, por lo tanto, la magnitud del cambio de fase a través del amplificador de cuadratura. El flujo en el circuito que contiene el amplificador de cuadratura se puede aumentar ( toma de impulso ) o reducir ( toma de reducción ). Según las condiciones del sistema, el flujo puede incluso verse lo suficientemente reducido como para invertirse por completo desde su dirección de toma neutra.

El diagrama unifilar a continuación muestra el efecto de conectar un amplificador en cuadratura a un sistema generador-carga nocional de 100 MW con dos líneas de transmisión paralelas , una de las cuales cuenta con un amplificador en cuadratura (sombreado en gris) con un rango de tomas de 1 a 19.

En la imagen de la izquierda, el amplificador en cuadratura se encuentra en su posición de toma central de 10 y tiene un ángulo de fase de 0°. Por lo tanto, no afecta el flujo de potencia a través de su circuito y ambas líneas tienen la misma carga a 50 MW. La imagen de la derecha muestra la misma red con el amplificador en cuadratura con tomas hacia abajo para contrarrestar el flujo de potencia. El ángulo de fase negativo resultante ha desviado 23 MW de carga al circuito paralelo, mientras que la carga total suministrada permanece inalterada en 100 MW. (Tenga en cuenta que los valores utilizados aquí son hipotéticos; el ángulo de fase real y la transferencia de carga dependerán de los parámetros del amplificador en cuadratura y las líneas de transmisión).

El efecto pretendido es el opuesto: igualar la potencia en líneas en las que, naturalmente, una estaría muy cargada y la otra estaría ligeramente cargada.

Las líneas eléctricas que conectan el norte y el sur de Alemania son insuficientes para transportar la energía producida por las plantas de energía eólica ubicadas en el Mar del Norte. ^{[3] [4]} Por lo tanto, la energía fluye a través del sistema de transmisión checo, lo que provoca grandes cargas en la red checa y pone en peligro el funcionamiento seguro de la red. ^[4] El operador de la red de transmisión checa ČEPS puso en funcionamiento un sistema de barrera con dos transformadores de cambio de fase en la subestación de Hradec el 17 de enero de 2017. ^{[4] [5]} Los costos totales de la planta fueron de alrededor de 75 millones de euros. La instalación de los transformadores de cambio de fase fue necesaria para regular y controlar el flujo de electricidad verde desde Alemania. ^[6] El operador del sistema de transmisión alemán 50 Hertz puso en funcionamiento dos transformadores de cambio de fase en la subestación de Röhrsdorf en enero de 2018. Las subestaciones de Röhrsdorf y Hradec están conectadas a través de dos líneas de 400 kV. ^[4]

• Regulador de inducción
• Transformador de frecuencia variable

Bibliografía

• Weedy, D. (1988). Sistemas de energía eléctrica . Wiley. ISBN 978-0-471-97677-6.
• Guile, A. Paterson, W. (1977). Sistemas de energía eléctrica vol. 1. Pergamon. ISBN 978-0-08-021729-1.{{cite book}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )

Notas

• Transformadores de cambio de fase: principios y aplicaciones (artículo de descripción general y estudio de caso)
• Transformadores de cambio de fase: principios y aplicaciones (libro de John Winders, CRC Press, 12 de abril de 2002)