Sistema electrónico de potencia para la mejora de la calidad de suministro en la red de distribución eléctrica,

que es un nuevo sistema para la integración de fuentes distribuidas de generación eléctrica en la red de suministro, en base a DGFACTS en el que para asegurar una sincronización total entre todos los equipos DGFACTS conectados y garantizar que todos contribuyen a aproximar la tensión eléctrica siempre a su valor nominal, se cuantifican las potencias que dichos dispositivos deben inyectar en función de las características de la línea de distribución a la que están conectados

Método de regulación de la potencia activa y reactiva para la mejora de la calidad de suministro en la red de distribución eléctrica.

La introducción creciente de Fuentes Renovables de Energía (RES) y otras Fuentes Distribuidas de Generación (DG) en las redes de distribución eléctrica implican la interconexión de una gran cantidad de pequeños generadores. Por ello, la red eléctrica está siendo más compleja e incontrolada. La red de distribución ya no será pasiva, pues numerosas fuentes proveerán potencia e influirán en sus niveles de tensión y la variación de dichos niveles. Incluso el flujo de potencia activa dejará de ser unidireccional, pues en hbox{ciertos casos podrá discurrir desde la baja hacia la alta tensión.}

Desde hace varios años, se han venido utilizando complejos sistemas electrónicos de potencia denominados FACTS (Flexible AC Transmission Systems) en las redes de transporte, al objeto de mejorar la capacidad de transporte de energía y ayudar a mantener la tensión de red en niveles adecuados, mediante la gestión de potencia reactiva, logrando así una mejora de la estabilidad transitoria y dinámica de la red eléctrica.

Por otra parte, también es relativamente frecuente el uso de sistemas electrónicos de potencia para la mejora de la calidad de suministro de clientes concretos, cuyos requisitos son más exigentes que la provista por defecto, debido a que sus procesos y cargas son muy sensibles y el daño causado por una merma de calidad es muy oneroso. Estos sistemas se conocen como Custom Power.

En este contexto, los sistemas DGFACTS aportan el concepto de un grupo de sistemas modulares, conectados adecuadamente en diversos puntos de la red de distribución eléctrica o como un sistemas de control de los sistemas de generación ya instalados, de manera que permiten mejorar de modo óptimo la estabilidad de red y la calidad del suministro eléctrico, mejorando la calidad de potencia de la red de distribución de forma global, favoreciendo la expansión de las fuentes de energía renovables y otras fuentes distribuidas de generación, mediante su conexión intensiva de forma distribuida y segura en la red eléctrica. Este sistema DGFACTS, autónomo o integrado en sistemas generadores de energía, realiza una acción de control primario del nivel de tensión de red inmediata, y reduce por ello la necesidad de comunicarlo con un sistema de control central para su completa gestión por el Operador del Sistema de Distribución.

Los sistemas DGFACTS constan de equipos electrónicos de potencia basados en IGBT's, y estructurados como fuentes de tensión o de corriente. Estos sistemas, denominados DGFACTS Integrados (cuando se integra el concepto DGFACTS a una fuente estándar de generación distribuida) o DGFACTS Stand-alone (conectados a la red únicamente y óptimamente para implementar el concepto DGFACTS), se conectan en paralelo o en serie en la red de distribución eléctrica, tanto en media como en baja tensión.

En general, los DGFACTS pueden conectarse en serie, en paralelo o en una conexión mixta paralelo serie (aun cuando el funcionamiento de estas conexiones mixtas es el de un dispositivo serie) y suelen basarse en el mismo principio de hardware. Los algoritmos de control de los convertidores tendrán en todo momento en cuenta las características de la red, las exigencias del operador del sistema y sus propias disponibilidades energéticas, para gestionar la energía activa y reactiva de forma que se mejore óptimamente la calidad del suministro eléctrico:

Arquitectura funcional de los DGFACTS en el invento

Los sistemas DGFACTS, objeto de esta patente, aportan el concepto de un grupo de sistemas modulares, conectados en diversos puntos de la red de distribución eléctrica o como un sistema de control en los sistemas de generación ya instalados, de manera que permiten mejorar de modo óptimo la estabilidad de red y la calidad del suministro eléctrico, mejorando la calidad de potencia de la red de distribución de forma global, favoreciendo la expansión de las fuentes de energía renovables y otras fuentes distribuidas de generación, mediante su conexión intensiva de forma distribuida y segura en la red eléctrica. Este sistema DGFACTS, autónomo o integrado en sistemas generadores de energía, realiza una acción de control primario del nivel de tensión de red inmediata, y reduce por ello la necesidad de comunicarlo con un sistema de control central para su completa gestión por el Operador del Sistema de Distribución.

Los sistemas DGFACTS constan de equipos electrónicos de potencia basados en IGBT's, y estructurados como fuentes de tensión o de corriente. Estos sistemas, denominados DGFACTS Integrados (cuando se integra el concepto DGFACTS a una fuente estándar de generación distribuida) o DGFACTS Stand-alone (conectados a la red únicamente y óptimamente para implementar el concepto DGFACTS), se conectan a la red de distribución eléctrica, tanto en media como en baja tensión.

Si bien existen unos sistemas DGFACTS para conexión en serie, otros para conexión en paralelo, esta patente se refiere a los dispositivos conectados en paralelo. Todas las configuraciones se basan en el mismo principio de hardware, aunque varían los algoritmos de control. Los algoritmos de control de los convertidores tendrán en todo momento en cuenta las características de la red, las exigencias del operador del sistema y sus propias disponibilidades energéticas, para gestionar la energía activa y reactiva de forma que se mejore óptimamente la calidad del suministro eléctrico.

Objeto de la patente

circ El objeto de la patente es un nuevo sistema para la integración de fuentes distribuidas de generación eléctrica en la red de suministro, a la vez que permite mejorar la calidad de suministro, que constituye uno de los principales problemas de la generación distribuida.

circ Este sistema está basado en la comunicación inherente entre todos los equipos conectados a una red cuando su característica de inyección o absorción de energía activa o reactiva es únicamente dependiente de la magnitud de la tensión eléctrica en el nudo al cual se conecta.

circ Para asegurar una sincronización total entre todos los equipos DGFACTS conectados y garantizar que todos contribuyen a aproximar la tensión eléctrica siempre a su valor nominal, se cuantifican las potencias que dichos dispositivos deben inyectar en función de las características de la línea de distribución a la que están conectados.

circ El sistema a patentar está, pues, apoyado en las ecuaciones y criterios de diseño que definen su funcionamiento. Estas especificaciones deben implementarse en cada generador conectado a la red, asegurándose de esa forma una regulación primaria sincronizada de toda la generación para contribuir a la regulación de tensión.

circ También se reivindica en esta patente un algoritmo para la optimización de la regulación primaria, que permite optimizar de forma coordinada la compensación realizado por cada DGFACTS de un grupo de equipos conectados a la red de distribución en diferentes puntos.

El presente invento preconiza un sistema electrónico de potencia para la mejora de la calidad de suministro en la red de distribución eléctrica, y que consta de:

a) un inversor en base a dispositivos IGBT y un filtro entre la fuente de energía y la conexión a la red de distribución, que se comunican con

b) un módulo de monitorización que mide las variables de la fuente y las traslada a

c) un módulo de control del sistema que regula la inyección de potencia activa y reactiva a la red, que serán función de la tensión en el punto de conexión (V_PC)

c₁) En el caso de la potencia activa, la inyección se regula del modo siguiente:

c₁₁) si la tensión en el punto de conexión (V_PC) permanece dentro de unos valores considerados nominales en la línea (V_cmin, V_cmax), el sistema inyecta en la línea la máxima potencia activa disponible;

c₁₂) si la tensión en el punto de...

1. Método de regulación de la potencia activa y reactiva para la mejora de la calidad de suministro en la red de distribución eléctrica, de los que regulan la tensión a través del control de la energía suministrada, caracterizado porque consta de:

a) un inversor en base a dispositivos IGBT y un filtro entre la fuente de energía y la conexión a la red de distribución, que se comunican con

b) un módulo de monitorización que mide las variables de la fuente y las traslada a

c) un módulo de control del sistema que regula la inyección de potencia activa y reactiva a la red, que serán función de la tensión en el punto de conexión (V_PC)

c₁) En el caso de la potencia activa, la inyección se regula del modo siguiente:

c₁₁) si la tensión en el punto de conexión (V_PC) permanece dentro de unos valores considerados nominales en la línea (V_cmin, V_cmax), el sistema inyecta en la línea la máxima potencia activa disponible;

c₁₂) si la tensión en el punto de conexión (V_PC) supera el valor V_cmax, la potencia activa inyectada tiene que ser reducida a través de la relación P_Inyectada - V_PC:

c₁₃) si la tensión en el punto de conexión (V_PC) cae por debajo del límite inferior V_cmim, la potencia se reduce hasta alcanzar valor óptimo de inyección (P_opt) acorde a la relación P_Inyectada -V_PC:

?_text{Línea}, es el ángulo de la impedancia de línea.

c₂) La inyección de potencia reactiva se regula del modo siguiente:

c₂₁) teniendo en cuenta las especificaciones nominales del dispositivo y la potencia activa que se está inyectando, la potencia reactiva disponible para la inyección es:

c₂₂) La potencia reactiva inyectada se expresa por la ecuación: