El mix de generación de Angola se está diversificando más rápido de lo que se está reforzando su red. Se están desplegando plantas solares a escala de servicios públicos, almacenamiento en baterías y minirredes híbridas en todo el país — desde el parque fotovoltaico híbrido de Luau, en Moxico Leste, con 32 MWp de solar y 89 MWh de almacenamiento en baterías en una configuración totalmente fuera de red, hasta esquemas de electrificación rural que incluyen 84 transformadores de distribución de 30/0,4 kV en las redes de media y baja tensión de Cazombo. No se trata de proyectos convencionales conectados a la red con una red aguas arriba rígida. Son sistemas dominados por inversores, de red débil o aislados, y a los transformadores de su interfaz se les pide que hagan cosas para las que los transformadores de distribución estándar nunca fueron diseñados.
La realidad armónica y de corriente de irrupción en los proyectos basados en inversores
Una planta solar con almacenamiento no es un generador síncrono detrás de un transformador. Es un conjunto de convertidores electrónicos de potencia que conmutan a frecuencias de kHz, conectados a través de un transformador cuya impedancia de fuga y diseño magnético ahora se sitúan entre los bucles de control del inversor y la red. Dos modos de fallo se repiten en proyectos donde el transformador se especifica como una consideración de última hora:
Calentamiento y ruido armónicos. La salida del inversor contiene armónicos de conmutación que fluyen a través del devanado y el núcleo del transformador. Los transformadores de distribución estándar seleccionados únicamente con datos de pérdidas a 50 Hz pueden experimentar temperaturas elevadas en los puntos calientes del devanado y ruido anómalo bajo carga rica en armónicos. El proyecto de almacenamiento de energía Dadi de Angola, con su modernización de la calidad de la energía a 35 kV — que aborda la distorsión armónica en una planta de almacenamiento existente — es una ilustración directa: el transformador y los equipos asociados se convirtieron en el cuello de botella, no la batería.
Corriente de irrupción e interacción con red débil. En un sistema formador de red o aislado, la corriente de irrupción magnetizante del transformador se toma de inversores cuya capacidad de sobrecorriente está estrictamente limitada — a menudo 1,5 por unidad o menos para convertidores formadores de red. Un transformador con un pico de irrupción alto en relación con su corriente nominal puede disparar el inversor durante la energización o forzar un sobredimensionamiento del convertidor. La conmutación controlada, las decisiones de diseño del núcleo y la gestión del flujo residual se convierten en cuestiones de especificación, no en consideraciones de última hora de la puesta en servicio.-21
Qué cambia en la especificación
Para aplicaciones dominadas por inversores y de red débil en Angola, tres ajustes de especificación son técnicamente defendibles:
Reducción de potencia por armónicos o diseño K-factor/K-rated. Cuando la carga no es lineal — y en los transformadores auxiliares y de servicios de central de una planta solar o de almacenamiento casi siempre lo es — el diseño térmico del transformador debe tener en cuenta las componentes de pérdidas armónicas. Una unidad seleccionada únicamente por los kVA de placa de características, sin un factor de pérdidas armónicas, es el eslabón térmico más débil del sistema auxiliar.
Gestión de la corriente de irrupción. Para aplicaciones formadoras de red y aisladas, la especificación del transformador debe incluir un pico máximo de irrupción y una duración declarados, y el diseño debe revisarse frente a la envolvente de sobrecorriente de corta duración del inversor. Se trata de una cuestión conjunta de interfaz transformador–inversor, no de un requisito unilateral del transformador.
Coordinación del ride-through de tensión y frecuencia. Los inversores formadores de red están diseñados para bandas de frecuencia más amplias — habitualmente 45–55 Hz frente a 47,5–51,5 Hz para las unidades seguidoras de red — porque la operación aislada requiere flexibilidad de frecuencia. El transformador debe especificarse para el mismo rango de frecuencia en el que se encuentra en el lado formador de red de la interfaz, incluido su rendimiento de refrigeración y pérdidas a frecuencia no nominal.-21
Participación de Hualai Power en proyectos renovables e híbridos de Angola
Jiangsu Hualai Electric Technology Co., Ltd. ha participado en la cartera de proyectos renovables e híbridos de Angola a nivel de interfaz de transformador, incluida la revisión de especificaciones para transformadores de servicios de central y elevadores adyacentes a inversores en configuraciones solares con almacenamiento. El programa de Angola de la empresa incorpora la evaluación de pérdidas armónicas y la revisión de la corriente de irrupción como parte de la propuesta técnica para proyectos renovables, en lugar de suministrar una unidad de catálogo a una interfaz de inversor y dejar el problema de integración del sistema al contratista EPC.
Para el segmento de electrificación rural y minirredes, Hualai Power suministra transformadores de distribución de 30/0,4 kV configurados para los perfiles de tensión y carga típicos de las redes a nivel de comuna de Angola, con documentación alineada con los requisitos de adquisición de los programas de electrificación financiados internacionalmente.
“Un transformador en una planta solar o de almacenamiento no es un bloque pasivo: está dentro del bucle de control”, señaló el enlace de ingeniería de renovables de la empresa. “Si la especificación ignora eso, el equipo de puesta en servicio lo descubrirá en el peor momento posible”.
Se invita a los desarrolladores de proyectos, contratistas EPC e integradores de sistemas híbridos que trabajan en la cartera de proyectos solares, de almacenamiento y minirredes de Angola a contactar con Hualai Power para la revisión de la especificación de la interfaz del transformador y la obtención de una cotización.
Contacto:
Jiangsu Hualai Electric Technology Co., Ltd.
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