La compensación de potencia reactiva es la parte de la calidad de energía que aparece en dos facturas a la vez: la penalización por factor de potencia de la utility y las pérdidas dentro de su propia planta. A medida que las cargas se vuelven más rápidas —cargadores EV, líneas de soldadura, variadores de conmutación rápida— un banco de condensadores conmutado deja de seguirlas. Este artículo explica cómo funciona un generador estático de var (SVG) basado en un inversor IGBT de tres niveles, cómo dimensionar un SVG modular, dónde falla y cómo se empareja con un filtro activo de armónicos (AHF) en el mismo bus.
Qué Hace Realmente la Compensación de Potencia Reactiva
La corriente reactiva es el componente de la corriente de carga que está 90° fuera de fase con la tensión. No realiza trabajo útil, pero debe generarse y transportarse, por lo que carga transformadores, cables y generadores con corriente que produce calor y caída de tensión sin producir par.
El factor de potencia de desplazamiento es el coseno del ángulo entre tensión y corriente fundamentales:
PF = P / S = cos φ
Una planta a FP 0,80 demanda 1,25 kVA por cada 1 kW de potencia real. Corregir a 0,99 lo reduce a unos 1,01 kVA —aproximadamente un 19% menos de corriente de línea con la misma carga, y con ello una caída equivalente en pérdidas I²R.
Por Qué los Condensadores Fijos Resultan Insuficientes
Un banco de condensadores entrega potencia reactiva proporcional al cuadrado de la tensión y fija en tamaño de paso. No puede seguir una carga que oscila dentro de un ciclo, ni entregar corriente en adelanto en pasos menores a uno.
- Granularidad de paso — un paso de 50 kvar en un banco de 200 kvar significa que la corrección salta en bloques del 25%; el FP caza alrededor del objetivo en lugar de fijarlo.
- Retardo de conmutación — las etapas conmutadas por contactor responden en segundos a decenas de segundos, mucho más lento que un horno de arco o una soldadora.
- Riesgo de resonancia — un banco de condensadores interactúa con la impedancia de transformador y línea creando una resonancia paralela, típicamente en el rango armónico 5º a 13º, que amplifica la distorsión existente.
- Sin control por fase — un banco trifásico corrige el promedio, no la fase desequilibrada.
Cómo un Inversor IGBT de Tres Niveles Genera Corriente Reactiva
Un generador estático de var es un convertidor de fuente de tensión que sintetiza corriente en lugar de conmutar capacitancia. Mide la corriente de carga, calcula el componente reactivo e inyecta o absorbe exactamente esa corriente en el punto de conexión.
La referencia de control es directa:
i_c* = i_L(reactive) − i_s(reactive)
Un inversor IGBT de tres niveles produce tres niveles de tensión por pierna de fase (positivo, neutro, negativo) en lugar de dos. La forma de onda de salida da pasos más pequeños, por lo que la corriente sigue la referencia con menor rizado y menor contenido armónico. Por eso la compensación permanece suave en lugar de temblorosa cuando la carga cambia abruptamente.
La respuesta es sub-ciclo —< 1 ms— y la regulación es continua, típicamente dentro de ±1% del setpoint de corriente reactiva. El factor de potencia se mantiene en 0,99+ en todo el rango de carga, no en un solo punto de operación.
SVG Modular: Dimensionado y Selección
La modularidad es la respuesta práctica a dos problemas: precisión de dimensionado y crecimiento. Un SVG modular se construye con módulos de potencia idénticos que se paralelizan en el bus CC y comparten un controlador, así la capacidad se añade en bloques definidos.
Ejemplo (supuestos declarados):
- Carga medida: 800 kW a FP 0,82, operación de tres turnos.
- Objetivo: FP 0,98 en el PCC.
- Potencia reactiva requerida: Q = P × (tan φ1 − tan φ2) = 800 × (0,698 − 0,203) ≈ 396 kvar.
Seleccione 400 kvar de capacidad SVG en módulos (por ejemplo, ocho módulos de 50 kvar), luego verifique dos restricciones:
- Margen — deje 15–25% para carga adicional; 400 kvar cubren el caso actual pero no una expansión futura de 100 kW.
- Carga del transformador — confirme que las pérdidas propias del SVG y la corriente corregida permanecen dentro de la capacidad kVA del transformador en el peor caso ambiental.
Un bastidor modular le permite poner en marcha 250 kvar ahora y añadir módulos después sin reemplazar el armario ni el controlador.
Qué Cuesta una Mala Compensación
- Penalizaciones de utility — la mayoría de las tarifas industriales aplican penalización por FP bajo 0,90 y a veces un cargo de energía reactiva en kvarh.
- Pérdidas de línea y transformador — las pérdidas escalan con el cuadrado de la corriente; la reducción del 19% de corriente recorta las pérdidas I²R en aproximadamente un tercio.
- Capacidad derated — la corriente reactiva ocupa capacidad de transformador y generador que podría llevar carga real.
- Caída de tensión y flicker — los balances reactivos producen fluctuaciones de tensión que perturban otras cargas en el mismo alimentador.
Flicker de Tensión y Balanceo de Carga
El flicker es el síntoma visible de los balances reactivos rápidos. Una soldadora o horno de arco extrae ráfagas de corriente reactiva que modulan la tensión del bus; el SVG contra-inyecta dentro de un ciclo, manteniendo la tensión estable. IEC 61000-3-3 e IEC 61000-3-11 definen los límites de flicker en el punto de acoplamiento común, e IEEE 519 rige el lado armónico.
El mismo convertidor reequilibra las fases. Como cada pierna de fase se controla en forma independiente, el SVG puede inyectar distinta corriente reactiva por fase y cancelar la componente de secuencia negativa que un banco de condensadores trifásico no alcanza.
AHF y SVG en el Mismo Bus
Las cargas no lineales —rectificadores, VFD, drivers LED, cargadores EV— añaden corriente armónica sobre el problema reactivo. Un filtro activo de armónicos mide la corriente de carga y sintetiza el inverso de su contenido armónico:
i_c* = i_L − i_s(fundamental)
Un puente que conmuta a 15–20 kHz sigue en < 1 ms y lleva el THDi del 30%+ a < 5%, cumpliendo IEEE 519 en el PCC. Cuando ambos problemas existen, una plataforma combinada CHITEK AHF + SVG comparte el bus CC y los sensores de corriente, lo que evita la interacción entre dos dispositivos afiados independientemente.
IGBT vs SiC: Hacia Dónde Va la Topología
Las unidades LV SVG y AHF convencionales usan IGBT de silicio limitados a cerca de 150 °C de unión, conmutando típicamente por debajo de 20 kHz. Los MOSFET SiC elevan el límite de unión a unos 200 °C, ofrecen aproximadamente 10× el campo de ruptura, conmutan a 2–3× la frecuencia y reducen la pérdida de conmutación en cerca de 50%. La mayor frecuencia de conmutación amplía el ancho de banda de control y reduce el filtro de salida, que es la dirección sobre la que se construye la plataforma LV AHF + SVG de CHITEK.
| Parámetro | IGBT 2 niveles | IGBT 3 niveles | SiC 3 niveles |
|---|---|---|---|
| Niveles de salida por pierna | 2 | 3 | 3 |
| Frecuencia de conmutación típica | < 10 kHz | 10–20 kHz | 20–40 kHz |
| Rizado de salida | Mayor | Menor | El menor |
| Pérdida de conmutación | Base | Similar | ~50% menor |
| Temp. de unión máx. | ~150 °C | ~150 °C | ~200 °C |
Lista de Verificación de Despliegue
- Mida tensiones, corrientes, FP y THDi de fase en el PCC durante un ciclo de trabajo completo —incluida la peor ventana de 15 minutos, no un promedio de turno.
- Calcule los kvar requeridos del P medido y el FP objetivo; declare el objetivo explícitamente.
- Coloque el SVG cerca de la carga culpable, no en el embarque principal, si el objetivo es flicker o balanceo de fase.
- Audite los bancos de condensadores existentes por resonancia y desafine antes de poner en marcha; un reactor desintonizado cambia el punto de afine.
- Verifique relación TC, polaridad y sentido de montaje —los TC invertidos son la falla de puesta en marcha más común en compensadores activos.
- Compruebe el margen de red débil y dimensione el convertidor para la peor caída de tensión, no el nominal.
- Tras la puesta en marcha, registre FP, THDi y THD de tensión durante una semana y compare con IEEE 519 y los límites contractuales.
Perfiles Típicos de Aplicación
- Hubs de carga EV — los clusters de cargadores monofásicos desequilibran el bus y balancean la demanda reactiva; un SVG modular reequilibra por fase y mantiene el FP.
- Plantas de soldadura y hornos de arco — oscilaciones reactivas violentas y rápidas; el SVG estabiliza la tensión y suprime el flicker.
- Plantas C&I con carga mixta monofásica/trifásica — una unidad combinada AHF + SVG elimina la distorsión armónica y corta las penalizaciones de FP de una vez.
- Interconexiones renovables y de almacenamiento — los inversores deben suministrar corriente reactiva a demanda; un SVG provee esa función independiente de la generación.
Conclusión
La compensación de potencia reactiva es un problema dinámico: los condensadores fijos corrigen un promedio, mientras un generador estático de var con IGBT de tres niveles corrige la forma de onda ciclo a ciclo. Un SVG modular le permite dimensionar a la carga medida, añadir capacidad a medida que crece la planta y emparejar con un filtro activo de armónicos donde hay distorsión. Las plataformas LV AHF + SVG de CHITEK se especifican precisamente desde esta disciplina de medir primero.
¿Cuál es su factor de potencia medido en el PCC — y cuánto oscila entre carga ligera y pico?