Método y sistema de control y transmisión de energía eléctrica con enlace de corriente continua que consta de unos generadores eléctricos (1) conectados a un colector o bus de corriente alterna (4),

directamente o a través de un sistema (2) de conexionado consistente en sistemas electrónicos de potencia y/o transformadores, con sus correspondientes líneas eléctricas (3), contando con unos filtros (6) y compensadores de potencia reactiva (7). El colector de corriente alterna (4) se conecta mediante transformadores (8) a un conversor o rectificador no controlado (9a), de manera que el ángulo de desplazamiento entre tensión y corriente sea mínimo, así como su demanda de potencia reactiva.

Método y sistema de control y transmisión de energía eléctrica con enlace de corriente continua.

La invención descrita consiste en un sistema de transmisión de energía eléctrica en corriente continua que une dos o más buses de corriente alterna y su método de control asociado. Es de especial relevancia en el sector del transporte y distribución de energía eléctrica, especialmente para los casos en que las centrales de producción se encuentran muy alejadas de las áreas de distribución y consumo, como es el caso de los parques eólicos situados en alta mar.

Problema a resolver

El acoplamiento a redes de transmisión de energía eléctrica de grandes instalaciones generadoras situadas a largas distancias es particularmente complejo. Este acoplamiento es especialmente importante en instalaciones eólicas de muy alta capacidad. Actualmente se están proyectando en el Mar del Norte instalaciones offshore de más de 1 GW de potencia instalada; algunos de estos parques están situados a más de 40 km de la costa, con lo que la transmisión de energía en corriente continua de alto voltaje (HVDC) es la solución tecnológica más factible. A estos niveles de potencia, la tecnología más adecuada consiste en el uso de sistemas rectificador-inversor a base de tiristores autoconmutados. A potencias menores es posible utilizar los sistemas HVDC-Light, con conversores fuente de tensión (VSC); sin embargo, la utilización de sistemas con tiristores conmutados por línea (LCT) resulta la solución más factible cuando la potencia instalada supera los 500-600 MW.

La configuración típica consiste en la conexión de los distintos generadores, directamente o a través de sistemas electrónicos de potencia, a un colector o barra de alterna común. Dicha barra de alterna se conecta a un conversor que rectifica la corriente alterna y la entrega a una línea de transmisión de corriente continua. La línea de corriente continua se conecta a su vez a la red de transmisión en alterna a través de un inversor. Es necesario controlar las variaciones de tensión en la línea alterna a la que se conectan los generadores y para ello se utiliza un compensador síncrono o estático (o STATCOM) y/o diferentes filtros y bancos de compensación de potencia reactiva. Los sistemas propuestos conocidos hasta ahora consideran que distintos parámetros característicos (valor eficaz, frecuencia) de la tensión en el punto de conexión de los generadores (colector) deben ser mantenidas constantes. Por ello, el control de la potencia transmitida se realiza por medio de impulsos de disparo aplicados a cada uno de los conversores. Generalmente, el conversor rectificador controla la corriente y el conversor inversor controla la tensión del enlace de continua, consiguiendo un control de la potencia transmitida por medio de los impulsos de disparo aplicados a cada uno de los conversores. También es posible el control de la tensión por parte del rectificador y de la corriente por parte del inversor.

Por otro lado, no se tiene conocimiento de ningún sistema que explote la capacidad de inyección de corrientes armónicas y reactivas de los generadores para la minimización de los requerimientos de filtrado del rectificador.

El acoplamiento de redes de corriente alterna a través de enlaces de corriente continua de alta tensión se justifica, en la mayoría de los casos, por razones económicas. En otros casos, la necesidad de acoplar dos o más buses de corriente alterna asíncronos justifica dicha conexión. La invención que se describe en el presente documento propone un nuevo método de control y una nueva configuración del sistema de transmisión de energía por el cual la tensión, frecuencia y contenido armónico en el colector es modificado para controlar la tensión y/o corriente (y, por lo tanto, la potencia) del enlace de corriente continua, resultando un método más sencillo y económico a la hora de proceder a su implementación que los conocidos hasta la fecha.

Estado de la técnica

En el estado de la técnica se conocen referencias a sistemas de transmisión de energía eléctrica mediante corriente continua de alta tensión y su método de control asociado, como las que aparecen en los documentos WO 2006/35018 A2, WO 2006/034250 A1, WO 02/063758 A1, WO 00/62409 A1, WO 2006/094952 A1, WO 2006/037412 A1 o WO 2007/027141 A1. En otros documentos, como WO 2007/033619 A1 y WO 2007/033620 A1, se describe únicamente el método de control. Por su parte, el documento GB 2423650 A describe un sistema de conexionado de un único generador de tensión y frecuencia variable a redes de suministro eléctrico, preferentemente de tensión y frecuencia fija, empleando un rectificador-inversor; esta invención constituiría una alternativa para el conexionado, a través de sistemas electrónicos de potencia, de cada uno de los generadores al colector mencionado con anterioridad.

Las instalaciones de transmisión de energía eléctrica mediante líneas de corriente continua son, generalmente, bidireccionales, es decir, la energía eléctrica (producto de la tensión y la corriente continuas) se puede transmitir en ambos sentidos. La inversión del sentido de transmisión de la energía se consigue, en la mayoría de los casos, invirtiendo el sentido de circulación de la corriente continua, ya que la inversión de la polaridad de la tensión presenta inconvenientes técnicos importantes.

Existen casos en los que los sistemas de transmisión de corriente continua únicamente requieran una transmisión de energía unidireccional.

A modo de ejemplo se puede citar el acoplamiento a redes de transmisión de energía eléctrica de grandes instalaciones generadoras, en las cuales la transmisión de energía siempre va a ser unidireccional. La transmisión de la energía generada mediante enlaces de corriente continua resulta económica cuando la instalación generadora es de gran potencia y se encuentra a gran distancia de la red de transmisión eléctrica.

Este es el caso de instalaciones eólicas de muy alta capacidad situadas a distancias relativamente grandes de la costa. Este tipo de instalaciones presentan la característica de una transmisión energética unidireccional y variable, en la que la utilización de sistemas de transmisión de energía en corriente continua representa la alternativa más aconsejable desde los puntos de vista técnico y económico.

Un sistema típico de estas características, conocido en el estado de la técnica, es el que aparece en la figura 1. En ella se han representado un número de generadores (1) conectados directamente o a través de sistemas (2) electrónicos de potencia, junto con los correspondientes transformadores si fuera necesario, a una barra de alterna común o colector (4) mediante las correspondientes líneas de corriente alterna (3). Dicho colector (4) se conecta a un conversor o rectificador controlado (9) directamente o mediante uno o varios transformadores (8). El rectificador controlado (9) rectifica la corriente alterna y la entrega a una línea de transmisión de corriente continua (10). Esta línea de corriente continua (10) es conectada a la red de alterna receptora (13) a través de un inversor (11), directamente o mediante el uso de uno o varios transformadores (12).

En ambos lados de alterna del sistema de transmisión se incluyen los correspondientes filtros (6), que atenúan el nivel de armónicos producidos por el rectificador controlado (9), así como compensadores (7), que proporcionan la potencia reactiva necesaria para el funcionamiento de rectificador controlado (9). De esta manera, los filtros (6) y los compensadores (7) actúan como elementos de los bancos de filtrado, que se conectan o desconectan de forma escalonada según el nivel de potencia reactiva necesaria para el funcionamiento del rectificador controlado (9).

En muchos casos, dichos filtros (6) y los compensadores (7) son complementados por compensadores sincrónicos o estáticos (STATCOM) (5), de modo que la variación escalonada de la potencia reactiva producida entre la conexión de un banco y el siguiente sea compensada por elementos productores de potencia reactiva de menor potencia nominal, pero con variación continua de la misma. También existe un número indeterminado de cargas locales (14), como por ejemplo, las asociadas al rectificador o las que presenta cada aerogenerador.

Los sistemas propuestos hasta ahora consideran que la tensión, frecuencia y contenido armónico de la red de corriente alterna en el punto de conexión de los generadores (colector) deben ser mantenidas constantes. Este es el caso más...

1. Método de transmisión de la energía eléctrica generada por un conjunto de generadores (1) conectados a un bus colector (4) de corriente alterna, estando el bus colector (4) conectado, a través de un transformador (8), a una conexión en Corriente Continua de Alto Voltaje (HVDC) formada por un rectificador, una línea HVDC (10) y un inversor (11), caracterizado porque comprende controlar la tensión, la frecuencia y el contenido armónico del bus colector (4) para ajustar la tensión y/o corriente de la línea HVDC (10).

2. Método de transmisión de energía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque el paso de controlar la tensión del bus colector (4) se lleva a cabo actuando sobre los generadores (1).

3. Método de transmisión de energía eléctrica según la reivindicación 2, caracterizado porque la tensión del bus colector (4) se controla modificando la corriente magnetizante de los generadores (1).

4. Método de transmisión de energía eléctrica según la reivindicación 2, caracterizado porque la tensión del bus colector (4) se controla actuando sobre unos sistemas electrónicos de potencia (2) que conectan los generadores (1) al bus colector (4).

5. Método de transmisión de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque comprende modificar la tensión del bus colector (4) para ajustar la tensión en la línea HVDC (10) y controlar el inversor (11) para ajustar la corriente por la línea HVDC (10).

6. Método de transmisión de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizado porque comprende modificar la tensión del bus colector (4) para ajustar la corriente por la línea HVDC (10) y controlar el inversor (11) para ajustar la tensión en la línea HVDC (10).

7. Método de transmisión de energía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque el control de la tensión del bus colector (4) ajusta de forma continua la potencia reactiva entregada por unos filtros (6) y compensadores (7) conectados al bus colector (4).

8. Método de transmisión de energía eléctrica según la reivindicación 1, caracterizado porque el control de la frecuencia del bus colector (4) ajusta de forma continua la potencia reactiva entregada por unos filtros (6) y compensadores (7) conectados al bus colector (4).

9. Método de transmisión de energía eléctrica según las reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque el control de la tensión y de la frecuencia del bus colector (4) se realizan conjuntamente.

10. Sistema de transmisión de energía eléctrica capaz de llevar a cabo el método de cualquiera de las reivindicaciones 1-9, que comprende un conjunto de generadores (1) conectados a un bus colector (4) de corriente alterna, estando el bus colector (4) conectado, a través de un transformador (8), a una conexión en corriente continua de alto voltaje (HVDC) formada por un rectificador, una línea HVDC (10) y un inversor (11), caracterizado porque el rectificador es de tipo no controlado.

11. Sistema de transmisión de energía eléctrica según la reivindicación 10, caracterizado porque el transformador (8) no tiene tomas.