SISTEMA HVDC Y MÉTODO PARA CONTROLAR UN CONVERTIDOR DE FUENTE DE TENSIÓN EN UN SISTEMA HVDC.

Sistema HVDC y método para controlar un convertidor de fuente de tensión en un sistema HVDC Campo técnico La presente invención hace referencia a un método para controlar el convertidor de fuente de tensión en un sistema de corriente continua de alta tensión (HVDC, por sus siglas en inglés) y a un sistema HVDC. Antecedentes de la invención Un sistema HVDC comprende una primera y segunda estaciones convertidoras, cada una de las cuales contiene un convertidor de fuente de tensión (VSC, por sus siglas en inglés) para transferir energía eléctrica de una primera red de corriente alterna (CA) a una segunda red de CA. Los convertidores de fuente de tensión (VSC) no sólo se utilizan para sistemas de corriente continua de alta tensión (HVDC) sino también, por ejemplo, como compensadores estáticos de reactivos (SVC, por sus siglas en inglés). En la aplicación HVDC, el convertidor de fuente de tensión se encuentra conectado entre un enlace de corriente continua (CC) y una red de CA; y en la aplicación como compensador estático de reactivos, el convertidor de fuente de tensión se encuentra conectado entre una fuente de tensión continua y una red de CA. En ambas aplicaciones, el convertidor de fuente de tensión debe poder generar una tensión de CA de la misma frecuencia que la de la red de CA. El flujo de potencia activa y reactiva a través del convertidor es controlado mediante la modulación de la amplitud y la posición de fase, respectivamente, de la tensión de CA generada por el convertidor de fuente de tensión con respecto a la tensión de la red de CA. En particular, el convertidor de fuente de tensión equipado con transistores conectados en serie (IGBT, del inglés "Insulated Gate Bipolar Transistor" (transistor bipolar de puerta aislada)) ha hecho posible la utilización de este tipo de convertidores para tensiones comparativamente altas. Se utiliza modulación por ancho de pulsos (PWM) para el control de la tensión de CA generada que permite un control muy rápido de la tensión. A partir de US 6400585 ya se conoce un sistema de control para el control de tensión de una estación convertidora en un sistema HVDC. El propósito del sistema de control es mantener la tensión de un enlace de corriente continua dentro de límites seguros de funcionamiento incluso en condiciones de tensión anormales. El sistema HVDC conocido comprende una primera y segunda estaciones convertidoras, cada una de las cuales contiene un convertidor de fuente de tensión conectado entre un enlace de CC y una red de CA en cada lado del enlace de CC. Un sistema de control de corriente para la estación convertidora tiene medios de control del flujo de potencia activa entre el enlace de CC y la red de CA influenciando el desplazamiento de fase entre la tensión de barra en la red de CA y la tensión puente del convertidor de fuente de tensión. Los términos tensión de barra y tensión puente se explican más abajo. El sistema de control comprende medios para la generación de una señal de orden de cambio de fase en respuesta a una indicación de una condición de tensión anormal en el enlace de CC, y medios para influenciar la posición de fase de la tensión puente en respuesta a dicha señal de orden de cambio de fase, para garantizar que el desplazamiento de fase entre la tensión de puente y la tensión de barra resulte en un flujo de potencia activa del enlace de CC a la red de CA. Un medio de bucle enganchado en fase (PLL, por sus siglas en inglés) garantiza que el sistema de control de la estación convertidora funcione en sincronismo con la posición de fase de la tensión de barra de la red de CA. El flujo de potencia activa en el enlace de CC debe balancearse. Esto significa que la potencia activa que sale del enlace debe ser igual a la potencia recibida por el enlace. Cualquier diferencia puede hacer que la tensión de CC aumente o disminuya rápidamente. Para lograr este balance de potencia una de las estaciones convertidoras controla la tensión de CC. La otra estación convertidora puede controlar el flujo de potencia activa del enlace de CC mediante el control de la tensión de CC de manera correspondiente. Habitualmente la estación convertidora en subida controla la tensión de CC y la estación convertidora de bajada controla el flujo de potencia activa. A partir de "An electromagnetic transient simulation model for voltage sourced converter based HVDC transmission" (Un modelo de simulación electromagnética transitoria para convertidores de fuente de tensión basado en transmisión de HVDC) de Qahraman et al, Conferencia canadiense de Ingeniería Eléctrica e Ingeniería Informática, Cataratas del Niágara, Ontario, Canadá, 2-5 de mayo de 2004, vol. 2, páginas 1063-1066, ISBN: 0-7803-8253-6, se conoce el control individual de la potencia activa y reactiva en un convertidor de fuente de tensión, donde controladores integrales proporcionales actúan sobre errores de potencia real y reactiva para generar la magnitud y fase respectivamente de las referencias de tensión a un controlador interno por PWM. Restaurar la electricidad después de un corte de electricidad en un gran área de una red de CA o red de distribución de CA puede ser difícil. Es necesario restablecer en la línea una pluralidad de centrales eléctricas. Normalmente, esto se hace con la ayuda de la energía eléctrica del resto de la red. En caso de falta de electricidad en la red, se hace necesario realizar el denominado arranque en negro para el arranque de la red eléctrica. 2   Para realizar un arranque en negro, algunas centrales eléctricas normalmente están equipadas con pequeños generadores diesel que pueden utilizarse para arrancar generadores más grandes con muchos megavatios de capacidad, que a su vez pueden utilizarse para arrancar los generadores principales de la central eléctrica. Las plantas generadoras que utilizan turbinas de vapor requieren potencia de servicio de la central de hasta el 10% de su capacidad para las bombas de agua de alimentación de calderas, ventiladores de tiro forzado de calderas o para la preparación de combustible. Sin embargo, es poco rentable proporcionar tanta capacidad de emergencia a cada central, por lo cual debe proporcionarse potencia para arranques en negro mediante redes de transmisión eléctrica de otras centrales. Una secuencia típica de arranque en negro basada en un escenario real puede ser la siguiente: Una batería arranca un pequeño generador diesel instalado en una central hidroeléctrica. La potencia eléctrica generada por el generador diesel se utiliza para poner operativa la central hidroeléctrica. Se proporciona energía eléctrica a líneas de transmisión principales entre la central hidroeléctrica y otras áreas. La potencia eléctrica de la presa hidroeléctrica se utiliza para arrancar una de las centrales eléctricas térmicas (de carbón). La potencia eléctrica de la central de base se utiliza para reiniciar todas las demás centrales eléctricas en el sistema incluyendo las centrales nucleares. Finalmente, la potencia eléctrica se vuelve a suministrar a la red de distribución eléctrica general y se envía a los consumidores. Restaurar la electricidad después de un corte no es un proceso sencillo. Pequeñas perturbaciones se producen continuamente mientras el sistema se encuentra deficitario y frágil durante el proceso de restauración, y la red experimentará diferentes condiciones, desde una red caída en una variedad de condiciones de red débiles a una red de CA normal fuerte. Para mantener la estabilidad de la frecuencia y tensión durante el proceso de restauración, se necesita un plan de restauración del sistema general coordinado. A partir de "Einfluss der Liberalisierung auf die Versorgungssicherheit in den Stromnetzen bzw. Regelungserfordernisse durch die Behörden", publicado como Gutachten_Glavitsch.pdf en http://www.versorgungssicherheit.at/download, se conoce por ejemplo que la restauración de electricidad en una red de CA caída debe realizarse mediante la identificación de áreas autónomas en la red que puedan alimentar una red local y mediante la conexión gradual posterior de otras áreas de red. Cuando se conecta un convertidor a una red isla con sólo generación, por ejemplo una central eólica, o sólo consumo, o la mezcla de ambos, será muy difícil predecir la potencia activa y la potencia reactiva. Por lo tanto, será difícil determinar una potencia activa deseada Pref y una potencia reactiva deseada Qref y será poco práctico controlarlas. Cuando se conecta un convertidor a una red eléctrica de CA caída, es decir, sin suministro eléctrico en absoluto, el sistema de control antes descrito conocido no funcionará porque no hay tensión de CA para sincronizar para el PLL, y el control de corriente no funcionará porque la corriente se determina naturalmente por la carga conectada. Si se conecta un convertidor... [Seguir leyendo]

1. Método de control de un sistema HVDC que conecta dos redes de CA, donde el sistema HVDC comprende dos estaciones convertidoras (STN1; STN2), cada una de las cuales tiene un convertidor de fuente de tensión (CON1; CON2), caracterizado porque una de las dos redes de CA se encuentra sin suministro eléctrico y la otra de las dos redes de CA se encuentra funcionando, el método comprende: operar el convertidor de fuente de tensión de una de las dos estaciones convertidoras que está conectada a una red de CA sin suministro de energía eléctrica como un generador de fuente de tensión para generar un tensión de CA, indicado como tensión puente (UV1; UV2), con la frecuencia deseada (f_ord) y amplitud de tensión deseada ( ord) utilizando un control de frecuencia y tensión de CA directo controlando la frecuencia y amplitud de la tensión de CA generada, controlar la otra de las dos estaciones convertidoras conectada con la red de CA en funcionamiento para mantener la tensión de CC del sistema HVDC en su valor nominal. 2. Método según la reivindicación 1, en donde en la estación convertidora conectada a la red de CA sin suministro de energía eléctrica se realiza un sincronismo entre un ángulo de fase deseado (_ord) de la tensión puente y una tensión de CA de la red de CA conectada, indicada como tensión de barra (UL1, UL2). 3. Método según la reivindicación 2, en donde el sincronismo se realiza mediante el ajuste de un componente q de la tensión de barra a cero y un componente d de la tensión de barra en el orden de amplitud de tensión (UMR), de modo tal que un valor de referencia para la tensión puente en un plano de referencia dq se convierta en: donde es el valor de referencia para la tensión puente en un plano de referencia dq, UMR es el orden de amplitud de tensión y dq es una caída de tensión prevista. 4. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la amplitud de tensión de la tensión puente se controla a través de un control de retroalimentación de tensión (UACREG) que comprende una función de caída de tensión adaptativa (62), la función de caída de tensión adaptativa reacciona sobre una potencia reactiva (Q) medida en un punto de conexión a la red de CA sin suministro de energía eléctrica (N1; N2). 5. Método según la reivindicación 4, en donde la función de caída de tensión adaptativa (62) incrementa una señal de referencia de tensión de CA (ULR) con potencia reactiva en aumento (Q). 6. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la frecuencia se controla a través de un bucle enganchado en fase (PLL_IN), el bucle enganchado en fase (PLL_IN) comprende una función de caída de frecuencia adaptativa (77), la función de caída de frecuencia adaptativa (77) reacciona sobre una potencia activa (P) medida en un punto de conexión a la red de CA sin suministro de energía eléctrica (N1; N2). 7. Método según la reivindicación 6, en donde la función de caída de frecuencia adaptativa (77) aumenta una señal de referencia de frecuencia (f0) con potencia activa en aumento (P). 8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el método sólo se aplica después de la detección de que la red de CA conectada (N1; N2) se encuentra sin suministro de energía eléctrica. 9. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el método se aplica para el arranque en negro de la red de CA sin suministro de energía eléctrica, donde la red de CA sin suministro de energía eléctrica se conecta a través del sistema HVDC a una de las al menos dos centrales eléctricas de CA y donde la red de CA sin suministro de energía eléctrica se encuentra conectada a través de líneas de transmisión a otra de las al menos dos centrales eléctricas de CA, el método comprende: utilizar la tensión puente creada (UV1, UV2) para activar las líneas de transmisión conectadas a la otra de las, al menos dos, centrales eléctricas de CA; arrancar la otra de las, al menos dos, centrales eléctricas de CA. 10. Método según la reivindicación 9, en donde la red de CA sin suministro de energía eléctrica se encuentra conectada a más de dos centrales eléctricas de CA y a al menos una carga y donde esta red de CA se restablece de manera gradual mediante el arranque del resto de las centrales eléctricas de CA después del arranque de la otra de las, al menos dos, centrales eléctricas de CA y mediante la posterior conexión de la al menos una carga.   11. Sistema HVDC que conecta dos redes de CA, donde el sistema HVDC comprende dos estaciones convertidoras (STN1; STN2), cada una de las cuales tiene un convertidor de fuente de tensión (CON1; CON2) y una unidad de control (CTRL1; CTRL 2), caracterizado porque una de las dos redes de CA se encuentra sin suministro eléctrico y la otra de las dos redes de CA funciona, donde la unidad de control de una de las dos estaciones convertidoras que se encuentra conectada a una red de CA sin suministro de energía eléctrica opera el convertidor de fuente de tensión correspondiente como un generador de fuente de tensión para generar un tensión de CA, indicado como tensión puente (UV1; UV2), con la frecuencia deseada (f_ord) y amplitud de tensión deseada ( ord) utilizando un control de frecuencia y tensión de CA directo controlando la frecuencia y amplitud de la tensión de CA generada, donde la unidad de control de la otra de las dos estaciones convertidoras conectada con la red de CA en funcionamiento controla el convertidor de fuente de tensión correspondiente para mantener la tensión de CC del sistema HVDC en su valor nominal. 11   12   13   14     16