Análisis técnico-económico de una solución de filtrado activo para la mitigación de armónicos de una subestación eléctrica unitaria con alta penetración de cargas no lineales en una operación minera chilena

Abstract

La presente memoria desarrolla un análisis técnico-económico para la implementación de una solución de filtrado activo orientada a la mitigación de armónicos en la Subestación Eléctrica Unitaria No 22 de Minera Valle Central S.A. El estudio se enfoca en los centros de control de motores CCM6 y CCM7, los cuales concentran una alta presencia de cargas no lineales asociadas principalmente a variadores de frecuencia de 6 pulsos. A partir de los antecedentes de calidad de energía disponibles, se identificaron niveles relevantes de distorsión armónica de tensión y corriente. En particular, los puntos asociados a CCM6 y CCM7 presentaron incumplimientos de distorsión armónica total de tensión, mientras que la distorsión total de demanda superó los límites considerados en los tres puntos evaluados. Esta condición justificó la necesidad de estudiar alternativas de mitigación armónica para la condición actual y proyectada del sistema. El análisis técnico se desarrolló mediante el modelo eléctrico existente de Minera Valle Central en ETAP, incorporando actualizaciones de carga, cargas proyectadas y escenarios de operación con y sin filtros activos. Se evaluaron configuraciones centralizadas y distribuidas, observándose que las alternativas centralizadas reducen la distorsión vista desde la barra principal, pero no corrigen adecuadamente la distorsión de corriente local en CCM6 y CCM7. En cambio, la configuración distribuida permitió reducir la circulación local de corrientes armónicas y cumplir simultáneamente los límites de THDv y TDD en los puntos evaluados. Posteriormente, se evaluó por simulación una configuración de filtrado activo de capacidad nominal equivalente a la solución comercial seleccionada compuesta por dos filtros activos de 270A, uno instalado en CCM6 y otro en CCM7. La configuración final propuesta considera el filtro de CCM6 en modo automático y el filtro de CCM7 en modo manual selectivo. Bajo esta condición, la THDv se redujo a (...). This thesis presents a technical and economic analysis for the implementation of an active filtering solution aimed at harmonic mitigation in Unit Electrical Substation No. 22 of Minera Valle Central S.A. The study focuses on motor control centers MCC6 and MCC7, which concentrate a high share of nonlinear loads mainly associated with six-pulse variable frequency drives. Based on the available power quality background, relevant levels of voltage and current harmonic distortion were identified. In particular, the points associated with MCC6 and MCC7 did not comply with the total harmonic voltage distortion limits, while the total demand distortion exceeded the considered limits at the three evaluated points. This condition justified the need to study harmonic mitigation alternatives for both the current and projected operating conditions of the system. The technical analysis was developed using the existing electrical model of Minera Valle Central in ETAP, incorporating load updates, projected loads, and operating scenarios with and without active power filters. Centralized and distributed configurations were evaluated. The results showed that centralized alternatives reduce the distortion observed from the main busbar, but do not adequately correct the local current distortion in MCC6 and MCC7. In contrast, the distributed configuration reduced the local circulation of harmonic currents and achieved simultaneous compliance with THDv and TDD limits at the evaluated points. An active filtering configuration of nominal capacity equivalent to the selected commercial solution, composed of two 270 A units, one installed in MCC6 and the other in MCC7, was then evaluated by simulation. The final proposed configuration considers the MCC6 filter operating in automatic mode and the MCC7 filter operating in selective manual mode. Under this condition, THDv was reduced to (...).