El control de tensión y la gestión de la potencia reactiva son dos facetas de un servicio auxiliar que permite la fiabilidad de las redes de transmisión y facilita el mercado eléctrico en dichas redes. Ambos aspectos de esta actividad están interrelacionados (el cambio de tensión en una red de corriente alterna (CA) se efectúa mediante la producción o absorción de potencia reactiva ), por lo que en este artículo se utilizará principalmente el término control de tensión para designar esta actividad esencialmente única, como sugieren Kirby y Hirst (1997). [1] El control de tensión no incluye inyecciones de potencia reactiva para amortiguar las oscilaciones de la red; éstas forman parte de un servicio auxiliar independiente, el llamado servicio de estabilidad del sistema. [2] La transmisión de potencia reactiva está limitada por su naturaleza, por lo que el control de tensión se proporciona a través de equipos distribuidos por toda la red eléctrica, a diferencia del control de frecuencia que se basa en mantener el equilibrio general de potencia activa en el sistema. [3]
Kirby y Hirst indican tres razones detrás de la necesidad del control de voltaje: [1]
El uso de dispositivos de control de voltaje especializados en la red también mejora la estabilidad del sistema eléctrico al reducir las fluctuaciones del ángulo del rotor de un generador sincrónico (que son causadas por los generadores que obtienen o absorben la potencia reactiva). [4]
Los buses y sistemas de potencia que presentan grandes cambios de voltaje cuando cambian las condiciones de potencia reactiva se denominan sistemas débiles , mientras que los que tienen cambios relativamente más pequeños son fuertes (numéricamente, la fuerza se expresa como una relación de cortocircuito que es mayor para los sistemas más fuertes). [5]
Los dispositivos absorben energía reactiva si tienen un factor de potencia rezagado (son similares a un inductor ) y producen energía reactiva si tienen un factor de potencia adelantado (son similares a un condensador ).
Las unidades de equipos de la red eléctrica normalmente suministran o consumen la energía reactiva: [6]
En una red eléctrica típica, los elementos básicos del control de tensión los proporcionan los generadores sincrónicos. Estos generadores están equipados con reguladores de tensión automáticos que ajustan el campo de excitación manteniendo la tensión en los terminales del generador dentro del rango objetivo. [7]
La tarea de compensación de potencia reactiva adicional (también conocida como compensación de voltaje ) se asigna a los dispositivos de compensación : [7]
Los dispositivos de compensación pasivos pueden estar conectados de forma permanente o pueden conmutarse (conectarse y desconectarse) de forma manual, mediante un temporizador, o de forma automática en función de los datos de los sensores. [14] Los dispositivos activos son, por naturaleza, autoajustables. [10] Los transformadores de cambio de tomas con función de cambio de tomas bajo carga (ULTC) pueden utilizarse para controlar la tensión directamente. El funcionamiento de todos los transformadores de cambio de tomas del sistema debe estar sincronizado entre los transformadores [15] y con la aplicación de condensadores en derivación. [16]
Debido a la naturaleza local del balance de potencia reactiva, el enfoque estándar es gestionar la potencia reactiva localmente (método descentralizado). La proliferación de microrredes podría hacer que el enfoque centralizado flexible sea más económico. [17]
El sistema debe ser capaz de proporcionar cantidades adicionales de potencia reactiva muy rápidamente ( requisito dinámico ) ya que una sola falla de un generador o una línea de transmisión (que debe planificarse) tiene el potencial de aumentar inmediatamente la carga en algunas de las líneas de transmisión restantes. La naturaleza de las líneas eléctricas aéreas es que a medida que aumenta la carga, las líneas comienzan a consumir una cantidad cada vez mayor de potencia reactiva que necesita ser reemplazada. Por lo tanto, un gran sistema de transmisión requiere reservas de potencia reactiva al igual que necesita reservas para la potencia real . [18] Dado que la potencia reactiva no viaja por los cables tan bien como la potencia real, [19] existe un incentivo para concentrar su producción cerca de la carga. La reestructuración de los sistemas de energía eléctrica saca esta área de la red eléctrica de las manos de la empresa de servicios públicos integrada , por lo que la tendencia es trasladar el problema al cliente y exigir que la carga funcione con un factor de potencia cercano a la unidad . [20]