Potenciador de cuadratura

Un transformador regulador de ángulo de fase , regulador de ángulo de fase ( PAR , en inglés americano), transformador de cambio de fase , cambiador de fase (en inglés americano) o amplificador de cuadratura ( quad booster , en inglés británico), es un tipo especializado de transformador que se utiliza 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 ella es proporcional al seno de la diferencia en el ángulo de fase de la tensión entre el extremo transmisor y el extremo receptor de la línea. ^{[ 1 ]} Cuando existen circuitos paralelos con capacidades diferentes 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 distribución del flujo de potencia entre las vías, evitando la sobrecarga. ^{[ 2 ]} Los amplificadores en cuadratura proporcionan, por lo tanto, un medio para aliviar las sobrecargas en circuitos con alta carga y redirigir la potencia a través de vías más favorables.

Alternativamente, cuando un socio de intercambio provoca intencionalmente un flujo significativo de "energía inadvertida" a través del sistema de un socio reacio, este último puede amenazar con instalar un desfasador para evitar dicho flujo. Su objetivo táctico es mejorar la estabilidad de su propio sistema a expensas de la estabilidad del otro. Dado que la estabilidad del sistema eléctrico —y, por ende, la confiabilidad— es un objetivo estratégico regional o nacional, la amenaza de instalar un desfasador suele ser suficiente para que el sistema infractor implemente los cambios necesarios para reducir o eliminar considerablemente el flujo de "energía inadvertida" que lo atraviesa.

El coste de capital de un amplificador de potencia en cuadratura puede ser elevado: entre cuatro y seis millones de libras esterlinas (6-9 millones de dólares estadounidenses) para una unidad con una potencia nominal superior a 2 GVA . Sin embargo, la empresa eléctrica, gracias a la flexibilidad y la rapidez de operación que ofrece a los operadores del sistema de transmisión y, sobre todo, a la facilitación del despacho económico de la generación, puede recuperar rápidamente el coste de propiedad. 

Los desfasadores modifican la fase de su salida eléctrica combinando la entrada con una tensión comparable en cuadratura (90°, o multiplicación por j ). La suma fasorial resultante produce un nuevo ángulo de fase, y es este ángulo de fase inducido el que afecta al flujo de potencia a través de circuitos específicos .

Un desfasador suele constar de dos transformadores independientes: uno en derivación y otro en serie . Los devanados del transformador en derivación están conectados entre sí, por lo que recibe tensiones desfasadas 90° con respecto a la alimentación. La salida del transformador en derivación se introduce en el transformador en serie, que, al estar su devanado secundario en serie con el circuito principal, suma la componente desfasada. Por lo tanto, la tensión de salida total es la suma vectorial de la tensión de alimentación y la componente en cuadratura de 90°.

Las conexiones de derivación en la unidad de derivación permiten controlar la magnitud del componente en cuadratura y, por lo tanto, la magnitud del desfase en el amplificador de cuadratura. El flujo en el circuito que contiene el amplificador de cuadratura puede incrementarse ( derivación de refuerzo ) o reducirse ( derivación de reducción ). Dependiendo de las condiciones del sistema, el flujo puede incluso reducirse lo suficiente como para invertir completamente su dirección de derivación neutra.

El diagrama unifilar que se muestra a continuación ilustra el efecto de conectar un amplificador en cuadratura a un  sistema hipotético de generador-carga 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 de cuadratura se encuentra en su posición central de toma 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 están cargadas por igual a 50 MW. La imagen de la derecha muestra la misma red con el amplificador de cuadratura con toma de salida reducida 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 sin cambios en 100 MW. (Cabe destacar que los valores utilizados aquí son hipotéticos; el ángulo de fase real y la transferencia de carga dependerían de los parámetros del amplificador de cuadratura y de las líneas de transmisión).

La mayoría de las instalaciones de amplificadores en cuadratura buscan el efecto contrario: igualar la potencia en líneas donde, naturalmente, una estaría muy cargada y la otra poco cargada.

Las líneas eléctricas que conectan el norte y el sur de Alemania son insuficientes para transferir la energía producida por las centrales eólicas ubicadas en el Mar del Norte. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Por lo tanto, la energía fluye a través del sistema de transmisión checo, causando cargas pesadas en la red checa y poniendo 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 ]} El costo total de la planta fue 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 introductorio y estudio de caso)
• Transformadores de cambio de fase: principios y aplicaciones (Libro de John Winders, CRC Press, 12 de abril de 2002)