SISTEMA DE STATCOM PARA PROPORCIONAR POTENCIA REACTIVA Y/O ACTIVA A UNA RED DE POTENCIA.

Sistema de statcom para proporcionar potencia reactiva y/o activa a una red de potencia Campo de la invención La invención se refiere de manera general al campo de las redes de transmisión de potencia, y en particular al soporte de potencia reactiva para redes de transmisión de potencia eléctrica. Antecedentes de la invención Una red de transmisión de potencia eléctrica que suministra electricidad a consumidores tiene que poder gestionar inestabilidades o desequilibrios de tensión, caídas de tensión, un factor de potencia malo, distorsión o fluctuación que se producen dentro de la red. El control de potencia reactiva es una manera de solucionar tales problemas. Un STATCOM (STATic COMpensator, compensador estático) es un dispositivo eléctrico que se basa en tecnología de convertidor de fuente de tensión (VSC), y que puede usarse para proporcionar soporte de potencia reactiva a la red de transmisión de potencia. Puede producir o absorber potencia reactiva y puede ajustarse mediante un sistema de control a alta velocidad. La figura 1 ilustra una disposición de STATCOM básica. En una configuración básica, el STATCOM 1 está constituido por una fuente 2 de tensión de CC, un inversor 3 de CC/CA (convertidor de fuente de tensión, VSC) y un transformador 4. La regulación de la amplitud de la tensión de salida del STATCOM controla el intercambio de potencia reactiva del STATCOM con una red 5 de potencia. Si la amplitud de la tensión de salida supera la amplitud de la tensión de la red de potencia, la corriente reactiva fluye a través de la reactancia del transformador desde el STATCOM 1 hacia la red 5 de potencia y el dispositivo genera potencia reactiva. Si la amplitud de la tensión de salida del STATCOM disminuye hasta un nivel inferior al de la red de potencia, entonces la corriente fluye desde la red 5 de potencia hacia el STATCOM, que entonces absorbe potencia reactiva. Si la tensión de salida del STATCOM es igual a la tensión de la red de potencia, la corriente reactiva es cero y el STATCOM no genera ni absorbe potencia reactiva. La corriente extraída del STATCOM se desplaza 90º con respecto a la tensión de la red de potencia y puede estar adelantada, es decir generar potencia reactiva, o puede estar atrasada, es decir absorber potencia reactiva. De manera equivalente, se producen VAR [voltioamperio reactivo] adelantados (capacitivos) o atrasados (inductivos). El STATCOM comprende un circuito principal, el convertidor de fuente de tensión VSC, que está diseñado para gestionar la inyección o absorción de una determinada cantidad de potencia reactiva (la potencia nominal). El circuito principal puede comprender, por ejemplo, dispositivos de transistor bipolar de compuerta aislada (IGBT), dispositivos de tiristor de desconexión por compuerta (GTO) o dispositivos de tiristor conmutado de compuerta integrada (IGCT). Hay situaciones en las que es ventajoso proporcionar al STATCOM una fuente de energía en su lado de CC con el fin de proporcionar alguna potencia real, también denominada potencia activa, además de la potencia reactiva generada hacia la red. Es decir, algunas veces es ventajoso poder controlar no sólo la potencia reactiva, sino también inyectar o absorber potencia real. Por ejemplo, la potencia real puede usarse o bien como fuente de potencia de reserva cuando se produce repentinamente un déficit de energía dentro de la red, o bien como una potencia de control para gestionar transitorios y oscilaciones electromecánicas en la red. La figura 2 ilustra un STATCOM que tiene una fuente 6 de energía (Ues) conectada a su lado de CC. La fuente 6 de energía puede materializarse como un dispositivo de almacenamiento de energía que puede suministrar temporalmente energía que se ha almacenado previamente o como un suministro de energía que comprende alguna clase de conversión de energía no eléctrica en potencia eléctrica. La fuente 6 de energía puede comprender por ejemplo condensadores de CC convencionales, supercondensadores, baterías electroquímicas, pilas de combustible o módulos fotovoltaicos. Las fuentes 6 de energía están adaptadas a un tiempo de ciclo de descarga típico respectivo, que actúa durante segundos (condensadores convencionales), minutos (supercondensadores) o hasta 30 minutos (baterías) o incluso de manera continua (pilas de combustible y módulos fotovoltaicos) dependiendo del tipo de elemento de almacenamiento y condiciones de carga. Independientemente del tipo de fuente de energía, a continuación dispositivo 6 de almacenamiento de energía, que está conectado al enlace de CC del STATCOM, tienen en común que su tensión de CC cambia durante el ciclo de carga/descarga. Sin embargo, la tensión de CC en el STATCOM debe superar un determinado nivel mínimo para hacer que el STATCOM pueda proporcionar la potencia reactiva para la que está configurado el régimen. En particular, el STATCOM tiene que poder proporcionar su potencia reactiva nominal aunque la fuente de energía esté descargada o alcance su nivel de carga aceptado inferior. Dado que la tensión de CC de la fuente 6 de energía está conectada directamente al bus de CC del STATCOM, este último debe diseñarse para poder funcionar con una tensión de CC variable. La tensión de CC nominal, UCC, para el STATCOM no puede ser superior a la menor tensión de funcionamiento de la fuente de energía, es decir UCC Ues, min = Ues (descargado). El STATCOM debe poder funcionar con todos los niveles de tensión de CC hasta la mayor tensión de CC de la fuente de energía, es decir hasta Ues, max = Ues (completamente cargado). El circuito principal del STATCOM tiene que diseñarse para poder gestionar el nivel de tensión de CC máxima Ues, max (completamente cargado) con el fin de enfrentarse a la variación de la tensión de CC en el dispositivo 6 de almacenamiento de energía. Esto cuesta mucho, debido a los componentes caros que tienen que usarse para tal sobredimensionamiento. Normalmente, la variación de tensión de CC del dispositivo 6 de almacenamiento de energía es del 20-100% de la tensión de CC nominal para el STATCOM. El régimen del STATCOM está configurado para gestionar una determinada potencia reactiva, por ejemplo 100 MVAr, y si esta potencia reactiva nominal es alta en comparación con la potencia activa nominal del dispositivo 6 de almacenamiento de energía, es decir en comparación con la componente de potencia real, los costes provocados por el nivel de tensión de CC variable son altos. 2   La figura 3 ilustra una solución de la técnica anterior para gestionar la tensión de CC variable de un dispositivo de almacenamiento de energía. En particular, puede usarse un convertidor 7 de CC a CC para convertir la tensión en una tensión deseada. Sin embargo, dado que los convertidores CC/CC son bastante complicados y costosos, específicamente dado que toda la potencia activa tiene que pasar a través del convertidor CC/CC y debido a que el nivel de tensión que es adecuado para el VSC puede ser bastante alto, los costes aumentan sustancialmente. Los costes para el sobredimensionamiento de la capacidad de gestión de CC de un STATCOM con el fin de que el STATCOM pueda gestionar la tensión de CC variable de un almacenamiento de energía conectado son por tanto muy costosos. En el documento WO 96/18937 se da a conocer un convertidor bidireccional (es decir, CA->CC o CC->CA) para transferir energía eléctrica entre una red principal de potencia de CA de alta tensión y un almacenamiento/suministro de energía de CC tal como una batería o una serie de pilas fotovoltaicas o de combustible. El convertidor incluye un inversor PWM acoplado a la red principal, y un circuito de interrupción CC-CC acoplado entre el inversor PWM y un almacenamiento/suministro de energía de CC. Una unidad de control de inversor incluye un regulador de tensión de bus de CC para regular la tensión en el lado de DOC del inversor PWM, y un controlador de potencia reactiva. Una unidad de control de CC incluye un controlador de potencia real que controla el flujo de potencia real controlando el flujo de corriente del almacenamiento/suministro de energía de CC. Modulando los interruptores de CC en el circuito de interrupción CC-CC, se controla la corriente CC hacia el almacenamiento/suministro de energía de CC para proporcionar un flujo de potencia real deseado a través del circuito de interrupción CC-CC, independiente de la tensión (VCC) del almacenamiento/suministro de energía. Sumario de la invención Un objeto de la invención es proporcionar un sistema de STACOM para proporcionar potencia reactiva y/o activa a una red de potencia, mediante el cual se superan o al menos se alivian los problemas descritos anteriormente. En particular, un objeto de la invención es proporcionar una manera mejorada de interconectar un dispositivo de almacenamiento de energía que tiene tensión de CC variable... [Seguir leyendo]

1. Sistema de compensador (11) estático para proporcionar potencia reactiva y/o activa a una red (14) de potencia, comprendiendo dicho sistema un compensador (11) estático que comprende un condensador de CC (Ud) y un convertidor (10) de fuente de tensión conectados en paralelo, estando dicho compensador (11) estático conectado a un dispositivo (12) de almacenamiento de energía, comprendiendo además el sistema un dispositivo (13) de convertidor elevador conectado en serie a dicho dispositivo (12) de almacenamiento de energía, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador y dicho dispositivo (12) de almacenamiento de energía están conectados en paralelo a dicho condensador de CC (Ud) de dicho compensador (11) estático, y en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador y dicho dispositivo (12) de almacenamiento de energía están conectados en paralelo a dicho convertidor (10) de fuente de tensión de dicho compensador (11) estático, caracterizado porque el dispositivo (13) de convertidor elevador está dispuesto para alimentarse por medio de una alimentación de CA separada o dispuesto para recibir energía mediante un transformador (15) a partir de terminales de CA de dicho compensador (11) estático. 2. Sistema de compensador (11) estático según la reivindicación 1, en el que dicho compensador (11) estático comprende además un transformador (Ts), y en el que dicho transformador (15) conectado a dicho dispositivo (13) de convertidor elevador está conectado a los terminales de CA de dicho compensador (11) estático mediante dicho transformador (Ts) de dicho compensador (11) estático. 3. Sistema de compensador (11) estático según la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador comprende un convertidor de fuente de corriente. 4. Sistema de compensador (11) estático según la reivindicación 3, en el que dicho convertidor de fuente de corriente comprende válvulas de tiristor. 5. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador está dispuesto para gestionar una diferencia de tensión entre dicho dispositivo (12) de almacenamiento de energía y dicha fuente de CC (Ud). 6. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador está dispuesto para cargar dicho dispositivo (12) de almacenamiento de energía. 7. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador comprende medios para producir tensión unidireccional. 8. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador comprende medios para producir tensión bidireccional. 9. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho condensador de CC (Ud) de dicho compensador (11) estático está dispuesto para mantener una tensión de CC constante hacia dicho convertidor (10) de fuente de tensión de dicho compensador (11) estático. 10. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo (12) de almacenamiento de energía comprende un condensador de CC, un supercondensador, una batería electroquímica, una pila de combustible o módulos fotovoltaicos. 11. Sistema de compensador (11) estático según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho dispositivo (13) de convertidor elevador comprende medios para producir potencia reactiva hacia dicha red (14). 12. Compensador (11) estático según la reivindicación 11, en el que dichos medios para producir potencia reactiva comprenden dispositivos de semiconductor de desconexión, tales como tiristores de desconexión por compuerta. 7   8   9