Un sistema de implementación de un control de sobrecarga de líneas que proporciona una impedancia en serie distribuida,

comprendiendo el sistema:

al menos una reactancia (100) en serie distribuida (DSR), caracterizado porque la al menos una DSR (100) comprende:

un transformador (120) de una sola espira (STT) fijado en torno a un conductor (108); y

un controlador (130) configurado para insertar una inductancia de magnetización en el conductor (108) cuando la corriente de línea del conductor alcanza un valor predeterminado.

Sistemas y procedimientos para la compensación en serie distribuida de líneas eléctricas usando dispositivos pasivos Referencia cruzada a solicitud relacionada La presente solicitud reivindica prioridad con respecto a la solicitud provisional estadounidense, en tramitación como la presente, titulada "Systems and Methods for Determining Power System Transmission Line Information", con el número de serie 60/648.466, presentada el 31 de enero de 2005, que se incorpora en su integridad al presente documento por referencia.

Campo técnico

La presente revelación versa en general acerca del control del flujo de potencia en una red de transmisión y, más en particular, acerca de la inserción de una impedancia en serie distribuida en las líneas de alta tensión para reducir el flujo de corriente en las líneas seleccionadas.

Antecedentes de la invención De los retos a los que se enfrentan las compañías eléctricas, un problema fundamental es la eliminación de limitaciones y cuellos de botella en la transmisión. Un problema significativo en términos de la utilización de la red es el control del flujo de potencia activa. Los clientes de la compañía eléctrica compran potencia real, megavatios y MW-h, no tensión ni potencia reactiva. Así, el control de cómo y en qué lugar fluye la potencia real en la red resulta de vital importancia. Las redes congestionadas limitan la fiabilidad del sistema y restringen la capacidad de que generadores de bajo coste proporcionen a los clientes interesados potencia de bajo coste. La situación se agrava considerablemente cuando uno ve que líneas de alta tensión vecinas operan por debajo de su capacidad, pero no pueden ser utilizadas, mientras que los "flujos en bucle" dan como resultado sobrecargas en las líneas existentes. El control del flujo de potencia activa requiere soluciones rentables de "VAR en serie" que puedan alterar la impedancia de las líneas de alta tensión o cambiar el ángulo de la tensión aplicada en la línea, controlando así el flujo de potencia. Rara vez se ha usado la compensación reactiva en serie, salvo en líneas de transmisión de gran longitud, principalmente debido a los costes elevados y a la complejidad de la consecución de un aislamiento de la tensión y de problemas relacionados con la gestión de fallos.

Hay un consenso general en que las futuras redes de distribución eléctrica tendrán que ser inteligentes y conscientes de sí mismas, tolerantes a fallos y autorregenerativas, controlables dinámica y estáticamente, y eficientes en disponibilidad y energía. El enfoque aceptado y técnicamente probado para realizar una red inteligente, en particular logrando el control del flujo de potencia activa en la red, ha sido a través del uso de sistemas de transmisión flexible de CA, o FACTS. Los dispositivos FACTS típicos pueden operar hasta a 345 kV y pueden estar especificados hasta para 200 MVA. Aunque la tecnología FACTS está técnicamente probada, no ha visto una aceptación comercial generalizada debido a varias razones: 1) las elevadas potencias nominales del sistema requieren el uso de dispositivos a medida GTO o GCT de alta potencia con un esfuerzo de diseño, lo que eleva el coste inicial; 2) las corrientes elevadas de fallo (60.000 amperios) y los requisitos básicos de aislamiento (1000 kV) someten a esfuerzo al sistema electrónico de alta tensión, especialmente para sistemas en serie que se requieren para el control del flujo de potencia; 3) las empresas de servicio público requieren niveles mayores de fiabilidad que los que han experimentado hasta ahora con dispositivos FACTS; 4) la fuerza requerida de mano de obra especializada en la especialidad para mantener y operar el sistema no está normalmente dentro de la competencia central de una compañía eléctrica; 5) el elevado coste total de la propiedad; por ejemplo, el compensador estático convertible (CSC) Marcy cuesta 54 millones de dólares.

El uso de transformadores de núcleo dividido para realizar acopladores de alta tensión "flotantes" es bien conocido. La técnica ha sido propuesta para acoplar potencia de un cable aislado para la transferencia subacuática de potencia, y para la transferencia de potencia sin contactos a maquinaria minera. El uso de instrumentación de líneas de alta tensión que esté flotando en líneas de alta tensión y que extraiga potencia de la propia línea es también bien conocido y lleva mucho tiempo en uso comercial. El uso de acopladores flotantes para realizar la comunicación por una línea de alta tensión, incluyendo la banda ancha sobre línea de alta tensión (BPL) es también bien conocido. El uso de transformadores acoplados en serie para inyectar tensión de cuadratura en la línea, como en un SSSC, un UPFC o un filtro activo también es bien conocido.

El uso de impedancias pasivas en serie distribuidas ha sido propuesto por Hydro-Quebec, insertando condensadores conmutables en serie en líneas de transmisión de gran longitud para cambiar la impedancia de la línea. Los conmutadores son generalmente controlados desde un controlador central. Sin embargo, la línea está construida especialmente para la impedancia deseada con un coste significativo y una flexibilidad reducida. La impedancia deseada no puede ser fijada fácilmente a una línea existente, y no puede ser desplegada nuevamente en una fecha posterior. Además, los condensadores solo puede disminuir la impedancia de la línea y se usan fundamentalmente para reducir la impedancia de líneas de transmisión de gran longitud elevadas.

El uso de módulos de impedancia "activa" en serie distribuidos ha sido propuesto en la solicitud de patente estadounidense titulada "Distributed Floating Series Active Impedances For Power Transmission Systems", con el número de serie 10/678.966 y presentada el 3 de octubre de 2003, que se incorpora en su integridad al presente documento por referencia. La solicitud propone el uso de inversores electrónicos de potencia distribuidos a lo largo de la línea para ser usados colectivamente para inyectar una tensión de cuadratura en la línea para controlar el flujo de corriente. La técnica propuesta requiere una infraestructura de comunicaciones de banda ancha elevada que se usa para dar órdenes sobre la impedancia requerida de los módulos individuales. La orden debe ser generada por un controlador a nivel de red que tenga visibilidad para la corriente en todas las líneas de alta tensión y puede calcular el valor óptimo para las impedancias de línea individuales. Esta orden es entonces comunicada a los módulos individuales para su ejecución.

La complejidad del modo de operación descrito en lo que antecede añade un costo y una complejidad significativos al sistema de alta tensión. El coste de los propios convertidores de potencia, especialmente cuando están diseñados para operar en las condiciones medioambientales adversas encontradas en una línea de alta tensión, es probable que sea un factor limitante. Además, la operación de convertidores electrónicos de potencia durante periodos de tiempo prolongados (objetivo de 30 años) cuando están suspendidos en una línea de alta tensión y sometidos a condiciones medioambientales adversas creará problemas de fiabilidad y disponibilidad para las compañías eléctricas que desplieguen tal tecnología. Estos problemas apuntan a la necesidad de un enfoque alternativo que tenga un coste menor, sea más simple y no dependa de la disponibilidad de una infraestructura de comunicaciones de banda ancha elevada. La solicitud de PCT publicada con el número de publicación internacional WO 01/11751 A1 da a conocer un sistema y un procedimiento de implementación de un control de sobrecargas de línea insertando una impedancia en serie que incluye una reactancia en serie distribuida. Un devanado con un cambiador mecánico de tomas está conectado entre dos líneas de transmisión. La solicitud de PCT publicada con el número de publicación internacional WO 02/41459 A1 da a conocer una línea de fase que comprende n conductores eléctricos cortocircuitados en dos extremos de la sección. Cada conductor eléctrico incluye un componente pasivo y un conmutador para conectar o desconectar selectivamente el componente pasivo.

Existe, entonces, la necesidad de un enfoque distribuido que realice dispositivos pasivos, en particular dispositivos pasivos en serie para la impedancia en serie distribuida.

Resumen de la invención Se describen brevemente sistemas y procedimientos de implementación de un control de sobrecargas de línea insertando una impedancia en serie distribuida en los conductores de la línea de transmisión. Un sistema ejemplar, entre otros,... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de implementación de un control de sobrecarga de líneas que proporciona una impedancia en serie distribuida, comprendiendo el sistema:

al menos una reactancia (100) en serie distribuida (DSR) , caracterizado porque la al menos una DSR 5 (100) comprende:

un transformador (120) de una sola espira (STT) fijado en torno a un conductor (108) ; y un controlador (130) configurado para insertar una inductancia de magnetización en el conductor (108) cuando la corriente de línea del conductor alcanza un valor predeterminado.

2. El sistema de la reivindicación 1 en el que el STT (120) comprende, además:

dos secciones (132) de núcleo dividido; un devanado (134) ; y un entrehierro (138) , estando configurado el entrehierro (138) de tal manera que se produzca la inductancia de magnetización cuando las secciones (132) de núcleo dividido se fijen en torno al conductor (108) .

3. El sistema de la reivindicación 1 que, además, comprende un conmutador (136) de contacto que cortocircuita el 15 devanado cuando el conmutador (136) de contacto está en una condición cerrada.

4. El sistema de la reivindicación 1 que, además, comprende una fuente (128) de alimentación derivada de la corriente de línea del conductor.

5. El sistema de la reivindicación 3 en el que el controlador (130) está configurado, además, para permitir la inserción de la inductancia de magnetización abriendo el conmutador (136) de contacto.

6. El sistema de la reivindicación 1 en el que el controlador (130) está configurado, además, para retirar la inductancia de magnetización cuando la corriente de línea del conductor cae por debajo del valor predeterminado.

7. El sistema de la reivindicación 1 que, además, comprende un tiristor (124) que, cuando se abre, permite la inserción de la inductancia de magnetización en el conductor (108) y que, cuando se cierra, permite la inserción 25 de una reactancia de fuga de STT en el conductor (108) .

8. Un procedimiento de implementación de un control de sobrecarga de líneas mediante la inserción de una impedancia en serie en un conductor (108) , comprendiendo el procedimiento:

proporcionar una inductancia de magnetización mediante una reactancia (100) en serie distribuida (DSR) ; y hacer que la inductancia de magnetización se inserte en el conductor (108) cuando la corriente de línea del 30 conductor alcance un valor predeterminado, caracterizado porque la DSR (100) comprende un transformador (120) de una sola espira (STT) fijado en torno a un conductor (108) en el que un entrehierro (138) está configurado para proporcionar la inductancia de magnetización.

9. El procedimiento de la reivindicación 8 que, además, comprende derivar potencia para un controlador (130) de la corriente de línea del conductor.