DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA EL CONTROL DEL FLUJO DE POTENCIA EN UNA LÍNEA DE TRANSMISIÓN.

Un dispositivo (2) para el control del flujo de potencia en una línea de transmisión de CA trifásica (L2,

La, Lb, Lc) , que comprende para cada una de sus fases (a, b, c) un transformador (12a, 12b, 12c) con un devanado primario (121c) y un devanado secundario (122c) , siendo el objetivo del devanado secundario su conexión en serie en la fase respectiva de la línea de transmisión, y siendo el objetivo del devanado primario suministrársele un voltaje que depende de una parte controlable del voltaje entre las otras dos fases de la línea de transmisión, caracterizado por que el dispositivo comprende, para cada una de las fases de la línea de transmisión, un circuito en serie con un primer terminal (T1a, T1b, T1c) y un segundo terminal (T2a, T2b, T2c) y un punto de conexión (Ja, Jb, Jc) , comprendiendo el circuito en serie un primer elemento de impedancia reactiva (21a, 21b, 21c) con una reactancia fija que se conecta entre el primer terminal y el punto de conexión, y un segundo elemento de impedancia reactiva (22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c) con una reactancia variable que se conecta entre el punto de conexión y el segundo terminal, en el que uno de dichos terminales se acopla a la fase respectiva en la línea de transmisión y el otro de los terminales se acopla a un terminal en cada uno de los otros dos circuitos en serie, de tal modo que, para todas las fases, o bien el primer o bien el segundo terminal se acopla a la línea de transmisión, y el devanado primario se acopla entre los puntos de conexión en los otros dos circuitos en serie.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/SE2003/001662.

Solicitante: ABB AB.

Nacionalidad solicitante: Suecia.

Dirección: 721 83 VÄSTERAS SUECIA.

Inventor/es: NOROOZIAN,MOJTABA, HALVARSSON,PER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G05F1/70 SECCION G — FISICA.G05 CONTROL; REGULACION.G05F SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O MAGNETICAS (regulación de la distribución en el tiempo o de la periodicidad de impulsos en los sistemas de radar o de radionavegación G01S; regulación de la corriente o de la tensión, especialmente adaptada para su uso en relojes electrónicos G04G 19/02; sistemas que funcionan en bucle cerrado para regular variables no eléctricas por medios eléctricos G05D; control de la alimentación de energía eléctrica a los computadores digitales G06F 1/26; para obtener las características de funcionamiento deseadas de electroimanes con armadura H01F 7/18; regulación de redes de distribución de energía eléctrica H02J; regulación de la carga de baterías H02J 7/00; regulación del valor de salida de convertidores estáticos, p. ej. reguladores de conmutación, H02M; regulación del valor de salida de generadores eléctricos H02N, H02P 9/00; control de transformadores, reactancias o bobinas de choque H02P 13/00; regulación de la respuesta de frecuencia, ganancia, potencia de salida máxima, amplitud o ancho de banda de amplificadores H03G; regulación de la sintonización de circuitos resonantes H03J; control de generadores de oscilaciones o de impulsos electrónicos H03L; regulación de las características de líneas de transmisión H04B; control de fuentes eléctricas de luz H05B 37/02, H05B 39/04, H05B 41/36; control eléctrico de aparatos de rayos X H05G 1/30). › G05F 1/00 Sistemas automáticos en los que las desviaciones de una magnitud eléctrica en relación a uno o a varios valores predeterminados son detectadas a la salida y reintroducidas en un dispositivo interior al sistema para llevar el valor detectado a su valor o a sus valores predeterminados, es decir, sistemas retroactivos. › Regulación del factor de potencia; Regulación de la corriente reactiva o de la potencia reactiva.
  • H02J3/06 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › H02J 3/00 Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna. › Control de transferencia de potencia entre redes conectadas; Control del reparto de carga entre redes conectadas.
  • H02J3/18 H02J 3/00 […] › Disposiciones para ajustar, eliminar o compensar la potencia reactiva en las redes (para ajuste de tensión H02J 3/12; utilización de bobinas Petersen H02H 9/08).

PDF original: ES-2376226_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento para el control del flujo de potencia en una línea de transmisión Campo de la técnica La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para el control del flujo de potencia en una línea de transmisión trifásica. De forma más precisa, la invención concierne a un dispositivo y procedimiento de control de potencia en los que un voltaje adicional se aplica en serie a la línea de transmisión, para cada una de sus fases. El voltaje adicional se genera en función de una parte controlable del voltaje entre las otras dos fases de la línea de transmisión. La invención se refiere también a un uso de un dispositivo de este tipo para el control de la distribución de la potencia transmitida entre unas líneas de transmisión paralelas y para la amortiguación de las oscilaciones en la potencia activa entre dos redes de suministro de energía que se interconectan por medio de una línea de transmisión.

Antecedentes de la técnica Se entenderá que una línea de transmisión en este contexto es una línea de CA trifásica que interconecta dos redes de suministro de energía eléctrica y transmite una potencia activa entre las redes de suministro de energía.

Se conocen diferentes tipos de dispositivos para un control del flujo de potencia tanto estático como dinámico en una línea de transmisión de este tipo. El objeto del control puede ser una distribución estática de la potencia entre líneas de suministro de energía o redes de suministro de energía, así como una amortiguación de las oscilaciones de potencia en la línea de transmisión.

Un dispositivo conocido de este tipo es un así denominado transformador de desplazamiento de fase (PST, Phase Shifting Transformer) . El dispositivo comprende, para cada una de las fases de la línea de transmisión, un transformador en serie, el devanado secundario del cual se conecta al conductor de fase, y un transformador de derivación, el devanado primario del cual se conecta entre los otros dos conductores de fase. El devanado secundario del transformador de derivación se dota de un conmutador de tomas en carga y su voltaje secundario, que es por lo tanto variable, se aplica al devanado primario del transformador en serie. El voltaje adicional que aparece a través del transformador en serie, y que es por lo tanto un voltaje en serie que se añade de forma vectorial al voltaje del conductor de fase, alcanza, mediante esta conexión, una posición de fase que está desplazada 90º en relación con el voltaje de fase del conductor de fase. Variando la amplitud del voltaje adicional por medio del conmutador de tomas en carga, se ejerce una influencia sobre el flujo de potencia en la línea de transmisión.

Un transformador de desplazamiento de fase de este tipo se describirá adicionalmente a continuación.

Como una alternativa al uso de conmutador de tomas en carga, el voltaje secundario del transformador de derivación puede aplicarse a un equipo de convertidor, adecuado para la finalidad, para el control electrónico de la amplitud del voltaje secundario, por ejemplo mediante un control del ángulo de fase.

El conmutador de tomas en carga constituye un componente mecánico que requiere un mantenimiento y está

45 sometido a desgaste. Además, éste es relativamente lento, siendo el tiempo para un cambio de la amplitud del voltaje adicional de un orden de magnitud de segundos.

El control electrónico de la amplitud del voltaje adicional puede hacerse más rápido, si bien debido a su principio de funcionamiento, éste inyecta armónicos en la línea de transmisión.

50 Otro dispositivo conocido de este tipo es un así denominado controlador de flujo de potencia universal (UPFC, Universal Power Flux Controller) . Un transformador trifásico se conecta en una conexión de derivación a la línea de transmisión y el voltaje secundario del transformador se aplica a un primer convertidor trifásico del tipo de convertidor de fuente de voltaje autoconmutado modulado por anchura de impulsos. Un segundo convertidor del 55 mismo tipo se conecta, por medio de un enlace intermedio de voltaje de CC con un condensador, al primer convertidor y el segundo convertidor se conecta, a través de sus terminales de CA, a unos transformadores en serie que se conectan a la línea de transmisión. Tal como se conoce, el voltaje de salida del segundo convertidor permite que se controle el mismo tanto con respecto a la amplitud como al ángulo de fase, y puede por lo tanto usarse para un control rápido y continuo tanto de la potencia activa como de la reactiva.

60 La cantidad de potencia electrónica es, no obstante, relativamente costosa y complicada y este tipo de controlador es por lo tanto menos atractivo. Además, este tipo de convertidor exhibe una sensibilidad a las corrientes de cortocircuito y tiene tendencia a aplicar un armónico asociado con la frecuencia fundamental de la línea de transmisión, así como unos armónicos asociados con la frecuencia portadora de la modulación de anchura de 65 impulsos.

El documento US 5 469 044 da a conocer un dispositivo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1.

Sumario de la invención El objeto de la invención es la provisión de un dispositivo y un procedimiento del tipo que se describe en la introducción, que, en relación con la técnica anterior, constituyen una mejora con respecto a los inconvenientes que se mencionan anteriormente.

Este objeto se obtiene de acuerdo con la invención de acuerdo con las características en la parte caracterizadora de la reivindicación independiente 1 y de acuerdo con un procedimiento tal como se reivindica en la reivindicación independiente 11. En las reivindicaciones dependientes se describen realizaciones preferidas.

De acuerdo con la invención, este objeto se obtiene disponiendo en una primera fase de la línea de transmisión un transformador con su devanado secundario en una conexión en serie con la primera fase de la línea de transmisión y su devanado primario en conexión con a circuito cerrado que comprende unos medios de impedancia de reactancia variable, haciéndose que la reactancia de los cuales varíe de forma selectiva mediante un controlador que contiene un procesador. En un desarrollo más ventajoso de la invención, un primer extremo del devanado primario se conecta a tierra y un segundo extremo del devanado primario se conecta a una segunda fase de la línea de transmisión con un circuito en serie que contiene un elemento de impedancia reactiva para recibir un voltaje en función del segundo voltaje de línea de transmisión de fase.

En un desarrollo aún más ventajoso de la invención, un primer extremo del devanado primario se conecta a una segunda fase de la línea de transmisión con un primer circuito en serie que contiene un primer elemento de impedancia reactiva y un segundo extremo del devanado primario se conecta a una tercera fase de la línea de transmisión con un segundo circuito en serie que contiene un segundo elemento de impedancia reactiva para recibir un voltaje en función del segundo voltaje de línea de transmisión de fase. En una realización de este desarrollo de la invención, el primer y segundo elemento de impedancia reactiva comprende una reactancia fija. En una segunda realización de este desarrollo de la invención, los medios de impedancia de reactancia variable del circuito cerrado comprenden un primer elemento de impedancia de reactancia variable y un segundo elemento de impedancia de reactancia variable.

De acuerdo con una realización ventajosa de la invención, el objeto se obtiene acoplando, para cada una de las fases de la línea de transmisión, a la fase respectiva, un circuito en serie con un primer y un segundo terminal y un punto de conexión, comprendiendo el circuito en serie un primer elemento de impedancia reactiva que ventajosamente tiene una reactancia fija que se conecta entre el primer terminal y el punto de conexión, y un segundo elemento de impedancia reactiva con una reactancia controlable que se conecta entre el punto de conexión y el segundo terminal, mediante lo cual uno de dichos terminales se acopla a la fase respectiva de la línea de transmisión y el otro terminal se acopla a un terminal en cada uno de los otros dos circuitos en serie de tal modo que, para todas las fases, o bien el primer o bien el segundo terminal se acopla a la línea de transmisión, que el voltaje adicional se forma en función del voltaje entre los puntos de conexión en los otros dos circuitos en serie, y que el control del flujo de potencia... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo (2) para el control del flujo de potencia en una línea de transmisión de CA trifásica (L2, La, Lb, Lc) , que comprende para cada una de sus fases (a, b, c) un transformador (12a, 12b, 12c) con un devanado primario (121c) y un devanado secundario (122c) , siendo el objetivo del devanado secundario su conexión en serie en la fase respectiva de la línea de transmisión, y siendo el objetivo del devanado primario suministrársele un voltaje que depende de una parte controlable del voltaje entre las otras dos fases de la línea de transmisión, caracterizado por que el dispositivo comprende, para cada una de las fases de la línea de transmisión, un circuito en serie con un primer terminal (T1a, T1b, T1c) y un segundo terminal (T2a, T2b, T2c) y un punto de conexión (Ja, Jb, Jc) , comprendiendo el circuito en serie un primer elemento de impedancia reactiva (21a, 21b, 21c) con una reactancia fija que se conecta entre el primer terminal y el punto de conexión, y un segundo elemento de impedancia reactiva (22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c) con una reactancia variable que se conecta entre el punto de conexión y el segundo terminal, en el que uno de dichos terminales se acopla a la fase respectiva en la línea de transmisión y el otro de los terminales se acopla a un terminal en cada uno de los otros dos circuitos en serie, de tal modo que, para todas las fases, o bien el primer o bien el segundo terminal se acopla a la línea de transmisión, y el devanado primario se acopla entre los puntos de conexión en los otros dos circuitos en serie.

2. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el segundo elemento de impedancia comprende un circuito en serie de un elemento de reactancia inductiva (22a, 22b, 22c) y uno de capacitiva (23a, 23b, 23c) .

3. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el primer elemento de impedancia comprende una primera bobina de inductancia fija (21a, 21b, 21c) , y por que el segundo elemento de impedancia comprende una bobina de inductancia de magnetización transversal (22a, 22b, 22c) con un núcleo magnético, un devanado principal para corriente alterna, y un devanado de control para corriente continua, el devanado de control para el control de un flujo magnético asociado con el devanado principal mediante una magnetización perpendicular del núcleo magnético.

4. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que el primer elemento de impedancia comprende una primera bobina de inductancia fija (21a, 21b, 21c) , y por que el segundo elemento de impedancia comprende un equipo de bobina de inductancia con una pluralidad de segundas bobinas de inductancia fijas mutuamente conectadas en serie (221a, 221b, 221c, 223a, 223b, 223c) , estando cada una de éstas conectada en paralelo con un dispositivo de cortocircuito controlable (222a, 222b, 222c, 224a, 224b, 224c) .

5. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el segundo elemento de impedancia comprende un equipo de bobina de inductancia y de condensador con una pluralidad de condensadores fijos mutuamente conectados en serie (23) , estando cada uno de éstos conectado en paralelo con un dispositivo de cortocircuito controlable (222a, 222b, 222c, 224a, 224b, 224c) en serie con una bobina de inductancia fija (23L) .

6. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la línea de transmisión tiene al menos un conductor (La, Lb, Lc) por fase, caracterizado por que aquellos de los terminales de los circuitos en serie que están acoplados a la fase respectiva de la línea de transmisión se conectan a dicho (s) conductor (es) en la línea de transmisión.

7. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los devanados secundarios de los transformadores se dotan de unas tomas centrales (123a, 123b, 123c) , caracterizado por que aquellos de los terminales de los circuitos en serie que están acoplados a la fase respectiva de la línea de transmisión se conectan a dichas tomas centrales.

8. Un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el dispositivo comprende una unidad de control (30) para controlar el segundo elemento reactivo, comprendiendo la unidad de control unos medios de detección (33) para recibir unos datos de control, unos medios informáticos (31) incluyendo un programa informático para evaluar los datos de control y llevar a cabo el control, unos medios de memoria (32) para almacenar los datos, y unos medios de actuador (34, 35) para controlar activamente el segundo elemento de impedancia reactiva.

9. Uso de un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para el control de la distribución de la potencia transmitida entre unas líneas de transmisión paralelas (L1, L2) acoplando el dispositivo en una (L1) de las líneas de transmisión.

10. Uso de un dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para la amortiguación de las oscilaciones en la potencia activa entre dos redes de suministro de energía que se interconectan por medio de una línea de transmisión (L2) acoplando el dispositivo a la línea de transmisión.

11. Un procedimiento para el control del flujo de potencia en una línea de transmisión trifásica (L2, La, Lb, Lc) , en el

que se suministra en serie a dicha línea de transmisión, para cada una de sus fases (a, b, c) , un voltaje adicional (VSa, VSb, VSc) , estando dicho voltaje adicional generado en función de una parte controlable del voltaje entre las otras dos fases de la línea de transmisión, caracterizado por, proporcionar para cada una de las fases de la línea de transmisión, un circuito en serie con un primer (T1a, T1b, T1c) y un segundo (T2a, T2b, T2c) terminal y un punto de conexión (Ja, Jb, Jc) , comprendiendo el circuito en serie un primer elemento de impedancia reactiva (21a, 21b, 21c) con una reactancia fija que se conecta entre el primer terminal y el punto de conexión, y un segundo elemento de impedancia reactiva (22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c) con una reactancia controlable que se conecta entre el punto de conexión y el segundo terminal, conectar uno de dichos terminales se acopla a la fase respectiva de la línea de transmisión y el otro terminal a un terminal en cada uno de los otros dos circuitos en serie de tal modo que, para todas las fases, o bien el primer o bien el segundo terminal se acopla a la línea de transmisión, formar, para la fase respectiva, un voltaje adicional en función del voltaje entre los puntos de conexión en los circuitos en serie que están acoplados a las otras dos fases, y controlar el voltaje adicional variando de forma selectiva las reactancias de los segundos elementos de impedancia (22a, 22b, 22c, 23a, 23b, 23c) .

12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, caracterizado por proporcionar el segundo elemento de impedancia para comprender un circuito en serie de un elemento de reactancia inductiva (22a, 22b, 22c) y uno de capacitiva (23a, 23b, 23c) , y dimensionar cada uno de los elementos inductivos y capacitivos en relación con los otros de tal modo que la posición de fase para el voltaje adicional se varía de forma selectiva para encontrarse tanto antes como después de la posición de fase para el voltaje de la línea de transmisión en la fase respectiva de tal modo que puede ejercerse una influencia sobre el flujo de potencia activa en la línea de transmisión tanto en una dirección creciente como en una decreciente.

13. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado por proporcionar el primer elemento de impedancia para comprender una primera bobina de inductancia fija (21a, 21b, 21c) , y el segundo elemento de impedancia para comprender una bobina de inductancia de magnetización transversal (22a, 22b, 22c) con un núcleo magnético, un devanado principal para corriente alterna, y un devanado de control para corriente continua, y variar de forma selectiva la reactancia del segundo elemento de impedancia controlando un flujo magnético asociado con el devanado principal mediante una magnetización perpendicular del núcleo magnético en función de una corriente continua que se suministra al devanado de control.

14. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado por proporcionar el segundo elemento de impedancia para comprender un equipo de bobina de inductancia con una pluralidad de segundas bobinas de inductancia fijas mutuamente conectadas en serie (221a, 221b, 221c, 223a, 223b, 223c) , conectar cada una de éstas en paralelo con un dispositivo de cortocircuito controlable (222a, 222b, 222c, 224a, 224b, 224c) , y variar de forma selectiva la reactancia del segundo elemento de impedancia activando y desactivando respectivamente los dispositivos de cortocircuito.

15. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado por conectar aquellos de los terminales de los circuitos en serie que están acoplados a la fase respectiva en la línea de transmisión a los conductores (La, Lb, Lc) en la línea de transmisión.

16. Un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado por dotar al devanado secundario de cada transformador de una toma central (123a, 123b, 123c) , y conectar los terminales de los circuitos en serie de la fase respectiva en la línea de transmisión a dichas tomas centrales.

17. Producto de programa informático almacenado en un medio utilizable por ordenador que comprende unos medios programa legible por ordenador para dar lugar a que un ordenador controle y ejecute el procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 11 a 16.

18. Producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 17, que se prevé al menos en parte a lo largo de una red, tal como Internet.

19. Medio legible por ordenador, caracterizado por que éste contiene un producto de programa informático de acuerdo con la reivindicación 17.

 

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