La presente invención describe un método para controlar un convertidor back-to-back cuando se producen perturbaciones en la red que limitan la capacidad del convertidor del lado de la red para controlar la tensión de la etapa DC.

En ese caso, la solución propuesta es pasar total o parcialmente la responsabilidad del control de la tensión de la etapa DC al convertidor del lado del generador.

Método para el control de un sistema de conversión de energía.

Objeto de la invención

El objeto de la invención es un método que permite controlar un convertidor back-to-back cuando se producen perturbaciones en la red que limitan la capacidad del convertidor del lado de la red para controlar la tensión de la etapa DC. En ese caso, la solución propuesta es pasar total o parcialmente la responsabilidad del control de la tensión de la etapa DC al convertidor del lado del generador.

Antecedentes de la invención

En los últimos años se han incrementado las exigencias de los equipos de conversión de energía conectados a la red eléctrica, de modo que se evite su desconexión y la consiguiente desestabilización de la red.

Un caso particular de estas exigencias es el comportamiento ante la aparición de un hueco, entendiendo por hueco la reducción inmediata de la tensión de red y su posterior restablecimiento. La aparición de un hueco afecta a la estabilidad del equipo, por lo que, en ciertos casos, no se cumplen las normativas de conexión a red. Actualmente, las exigencias son cada vez mayores llegando a requerirse la conexión del sistema incluso ante la presencia de huecos de tensión cero (ZVRT - Zero Voltage Ride Through). En estas condiciones también se exige el aporte de corriente reactiva a la red.

Un equipo de conversión de energía convencional está formado por una topología de convertidor back to back (AC-DC-AC), formado por dos convertidores AC-DC unidos entre sí a través de una etapa DC, estando uno de los convertidores conectado a un generador y el otro convertidor conectado a la red.

En el caso de un equipo de conversión del tipo back to back es el convertidor lado red el que controla la tensión de la etapa DC, es decir, el control se efectúa a partir de la tensión de red.

Ante situaciones en las que aparecen perturbaciones en la tensión de red y en consecuencia se produce el descontrol de las variables de funcionamiento, como por ejemplo, la corriente, la tensión de la etapa DC o la pérdida de la capacidad de trasiego de potencia, la protección del convertidor puede llegar a provocar su desconexión.

Si la perturbación origina que la tensión de la etapa DC incremente su valor hacia un valor descontrolado, el estado de la técnica propone incluir una resistencia de chopeo (chopper DC) en la etapa DC. Esta solución presenta la desventaja de quemar la energía excedente en vez de repartirla en el sistema.

Si la perturbación origina que la tensión de la etapa DC disminuya su valor hacia un valor que descontrole el funcionamiento del sistema, el estado de la técnica actual no propone una solución válida.

Descripción de la invención

Para resolver los inconvenientes anteriormente citados, la invención consiste en un método para el control de una estructura de conversión de energía del tipo back to back, formado por uno o más convertidores AC-DC unidos entre sí a través de una etapa DC, estando al menos un primer convertidor que regula la tensión de la etapa DC conectado a la red eléctrica y, al menos, un segundo convertidor conectado a un generador. De modo que ante una pérdida de capacidad de regulación de la etapa DC por parte del primer convertidor provocada por una perturbación en la tensión de red, al menos un segundo convertidor conectado al generador contribuye al control de la etapa DC.

Los convertidores AC-DC pueden estar conectados a la red eléctrica y al generador de forma directa o indirecta a través de, por ejemplo, elementos de conexión, elementos de protección, inductancias, resistencias, condensadores, transformadores, autotransformadores o combinación de los mismos.

La estructura de conversión de energía back to back, se compone de al menos dos convertidores AC-DC conectados entre sí a través de la etapa DC, formando una estructura global AC-DC-AC. La etapa AC y la etapa DC de cada convertidor se unen entre sí a través de interruptores estáticos del tipo IGBT, IGCT o similares, que permiten unir o aislar la etapa DC de las fases de la etapa AC en cada período de conmutación. Las órdenes de conmutación calculadas por el control de cada convertidor permiten sintetizar a la salida de cada convertidor la tensión de referencia calculada por el control de cada uno de ellos de manera que se logra controlar el flujo de potencia a través de cada convertidor o el par aplicado en el generador. El control aplicado sobre cada convertidor AC-DC puede ser un control vectorial o un control directo.

En la mayoría de las aplicaciones, la responsabilidad de mantener regulada la tensión de la etapa DC recae sobre el convertidor conectado a la red eléctrica. En este caso, una perturbación en la tensión de alimentación puede originar la pérdida de regulación de la tensión de la etapa DC. Las perturbaciones de la tensión de red que pueden originar la pérdida de regulación de la tensión de la etapa DC pueden presentarse en forma de:

- un hueco de tensión donde la tensión de alimentación sufre una bajada repentina de su amplitud.

- una sobretensión donde la tensión de alimentación sufre un aumento repentino de su amplitud.

- una variación en la frecuencia de la tensión de alimentación.

- una variación repentina en la fase de la tensión de alimentación.

- una combinación de las anteriores.

La pérdida de capacidad de regulación de la etapa DC puede estar originada por una pérdida de la capacidad de trasiego de potencia, una limitación en tensión o una limitación en corriente del convertidor conectado a la red eléctrica, así como una combinación de las mismas.

Los elementos de los que se compone cada convertidor AC-DC, tales como interruptores estáticos, inductancias y otros elementos eléctricos, tienen asociados unos límites de operación en valores de tensión y corriente que deben respetarse para garantizar el correcto funcionamiento del convertidor. La máxima corriente de salida que puede entregar el convertidor debe ser considerada por el control del mismo para poder definir en cada momento y en función de la tensión disponible, el límite máximo de la potencia que puede fluir a través de él. En presencia de un hueco en la tensión de red y ante una demanda de potencia de valor elevado por parte del lazo de control de la tensión de la etapa DC, podría producirse el caso en el que el convertidor conectado a la red eléctrica, destinado a controlar la tensión de la etapa DC, no dispusiera de toda la capacidad de trasiego de potencia necesaria. En este caso el convertidor estaría en una situación de limitación de corriente. Esta situación derivaría en un descontrol de la tensión de la etapa DC, que tal y como se propone en el método que se presenta en esta invención, se resuelve mediante el reparto de la consigna de potencia necesaria para la correcta regulación de la tensión de la etapa DC entre los dos convertidores AC-DC, el convertidor conectado a la red eléctrica y el convertidor conectado al generador. Dependiendo del punto de funcionamiento en el que se encontrase cada convertidor, en una realización preferida, el reparto de la consigna de la potencia necesaria para la correcta regulación de la tensión de la etapa DC se realiza de manera que el convertidor conectado al generador se hace cargo de la totalidad de esa potencia demandada. Este es el caso que se plantea, por ejemplo, ante un hueco de profundidad del 100% en la tensión de la red, donde al no disponer de tensión de alimentación en el convertidor conectado a la red eléctrica, la capacidad de trasiego de potencia del mismo sería nula y en consecuencia, para garantizar el control de la tensión de la etapa DC, la totalidad de la potencia necesaria para tal efecto debe ser regulada por parte del convertidor conectado al generador.

Si el descontrol originado por la perturbación en la tensión de red se manifiesta en forma de un aumento de la tensión de la etapa DC, ésta puede mantenerse dentro de sus límites de funcionamiento mediante un chopper conectado en la etapa DC que permita quemar el exceso de energía de dicha etapa en una resistencia conectada mediante un interruptor. Si por el contrario, el descontrol de la etapa DC se manifiesta en forma de una bajada de la tensión, el chopper DC no puede aportar ninguna solución y si el convertidor del lado de la red no dispone de la capacidad de potencia necesaria, la situación puede derivar en una parada de emergencia debido que la tensión de... [Seguir leyendo]

1. Método para el control de un sistema de conversión de energía formada por:

- al menos un generador eléctrico,

- al menos dos convertidores AC-DC unidos entre sí a través de una etapa DC, estando al menos un primer convertidor conectado a la red eléctrica y, al menos, un segundo convertidor conectado a un generador, y donde dicho al menos primer convertidor regula la tensión de la etapa DC,

caracterizado porque, ante una pérdida de capacidad de regulación de la etapa DC por parte del al menos un primer convertidor provocada por una perturbación en la tensión de red, al menos un segundo convertidor contribuye al control de la etapa DC.

2. Método para el control de un sistema según la reivindicación 1, en el que el, al menos, segundo convertidor asume íntegramente la regulación de la etapa DC.

3. Método para el control de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la perturbación de tensión de red es una de las siguientes: un hueco de tensión de red, una sobretensión de la red, una variación de la frecuencia de red, una variación de la fase de la tensión de red, o una combinación de las mismas.

4. Método para el control de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pérdida de capacidad de regulación de la etapa DC es una de las siguientes: una pérdida de la capacidad de trasiego de potencia, una limitación en tensión de al menos un convertidor lado red, una limitación en corriente de al menos un convertidor lado red, o una combinación de las mismas.

5. Método para el control de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el generador es del tipo doblemente alimentado, con al menos un estator conectado a la red eléctrica y estando el, al menos, segundo convertidor conectado al rotor del generador.

6. Método para el control de un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 - 4 en el que el generador es del tipo full converter.