Un método para la compensación del consumo de potencia reactiva de una carga industrial (2),

preferiblemente un horno de arco eléctrico o una planta para el laminado de materiales metálicos, alimentado desde una red de c.a. eléctrica (1) trifásica (a, b, c), en la que se conectan tanto un primer dispositivo de compensación (3, 3ab, 3bc, 3ca) para el consumo controlable de potencia reactiva como un segundo dispositivo de compensación (4) para la generación de potencia reactiva, a la red de potencia eléctrica en una conexión en paralelo con la carga, comprendiendo el primer dispositivo de compensación un reactor controlado por tiristor (31, 32) para cada una de las fases de la red de c.a., mediante el que se determina el consumo instantáneo de potencia reactiva (Q(t)) por la carga y se forma una orden de control (αrefxy, αrefab, αrefbc, 6alpha;refca) para el control del ángulo de fase de los reactoreα

controlados por tiristor dependiendo de la misma, caracterizado por que para cada uno de los reactores controlados por tiristor, se detecta un valor de amplitud (Uab, Ubc, Uca) para una tensión, tensión que representa la tensión a través de dicho reactor, se forma un valor medio de tensión (UAV, UAV'α) como un valor medio de dichos valores de amplitud, para cada uno de los reactores controlados por tiristor, se forma una desviación de amplitud (ΔUab, ΔUbc, ΔUca) como una diferencia del valor medio de tensión y el valor de amplitud asociado con el reactor controlado por tiristor, y que para cada uno de los reactores controlados por tiristor, se forma una orden de control separada dependiendo de la desviación de la amplitud para el reactor controlado por tiristor respectivo.

Un método y un dispositivo para compensación del consumo de potencia reactiva en una carga industrial

5 Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para la compensación del consumo de potencia reactiva de una carga industrial, preferiblemente un horno de arco eléctrico o una planta para laminado de material metálico, suministrado desde una red eléctrica de c.a. trifásica, en el que un primer dispositivo de compensación para el consumo controlado de potencia reactiva, que comprende un reactor controlado por tiristor para cada una de las fases de la red de c.a. y un segundo dispositivo de compensación para la generación de potencia reactiva se conectan ambos a la red eléctrica de potencia en una conexión en paralelo con la carga, y un dispositivo para llevar a cabo el método.

El dispositivo comprende medios para la determinación del consumo instantáneo de potencia reactiva por la carga y un dispositivo de control, que, en dependencia de la misma, forma una orden de control para los reactores controlados por tiristor y suministra la orden de control de los mismos.

Técnica antecedente

Las cargas industriales conectadas a las redes eléctricas de c.a., en particular los hornos de arco pero también, por ejemplo, las laminadoras, influencian la tensión de la red de c.a., sobre todo por un consumo ampliamente variable de potencia reactiva durante el funcionamiento. Especialmente cuando las variaciones del consumo de potencia caen dentro de un intervalo de frecuencia de típicamente 0-20 Hz, las variaciones de tensión correspondientes, denominadas parpadeos, son observables y perturban el ojo humano en el caso de la iluminación eléctrica suministrada por la red de c.a.

Es conocido, en conexión con las cargas industriales de la clase anteriormente mencionada, la conexión en paralelo con las mismas, esto es, en una conexión paralela a la red de c.a., de condensadores estáticos para la compensación del consumo de potencia reactiva de la carga. Un tipo de tales compensadores comprenden normalmente un dispositivo para la generación de potencia reactiva así como un dispositivo para el consumo controlable de potencia reactiva, conocido dentro de la técnica como un reactor controlado por tiristor (TCR, del inglés "thyristor-controlled reactor") . El dispositivo para la generación de potencia reactiva comprende normalmente uno o más filtros conectados mutuamente en paralelo, comprendiendo cada uno esencialmente un elemento inductivo en conexión en serie con elementos capacitivos. Los filtros se ajustan a múltiplos elegidos de la frecuencia nominal de la red de c.a., por ejemplo con los 3er, 4º y 5º armónicos, a veces incluso al 2º y 7º armónico. El dispositivo para el consumo controlable de potencia reactiva comprende un elemento inductivo, un reactor, en conexión en serie con una válvula de semiconductores controlable. La válvula de semiconductores controlable comprende dos semiconductores controlables, normalmente tiristores, en conexión antiparalelo. Mediante el control del ángulo de fase de los semiconductores, esto es, mediante el control de su ángulo de encendido con relación a la posición de la fase de la tensión de la red de c.a., se puede controlar la susceptancia del dispositivo y de ahí su consumo de potencia reactiva.

Para una descripción general de los reactores controlados por tiristor, se hace referencia a Ãke Ekström: High Power Electronics HVDC and SVC, Estocolmo, junio de 1990, en particular a las páginas 1-32 1-33 y 10-8 a 10-12.

45 El compensador genera una potencia reactiva igual a la generada por el dispositivo para la generación de potencia reactiva, reducida por el consumo en el reactor controlado por tiristor. Mediante la determinación del consumo instantáneo de potencia reactiva por la carga y a continuación el control del consumo de potencia del reactor controlado por tiristor hasta un valor que, junto con el consumo de la carga, se corresponde a la potencia reactiva generada por el dispositivo para la generación de potencia reactiva, el intercambio de potencia reactiva con la red de c.a. se convierte en cero.

La especificación de patente europea EP 0 260 504 describe un circuito para la compensación de potencia reactiva que comprende un compensador y una carga de la clase anteriormente mencionada. En adición a la misma, este 55 circuito comprende un convertidor autoconmutado, controlado en modulación de ancho de impulsos dependiendo de las señales de control generadas en un elemento de control y conectado a la red de c.a. en una conexión en paralelo con la carga y el reactor controlado por tiristor. El convertidor suministra a la red de c.a. una intensidad reactiva para la compensación de la potencia activa y reactiva consumida/generada por la carga y el reactor controlado por tiristor. En un sistema bifásico ortogonal, dependiendo de las intensidades trifásicas y de las tensiones trifásicas detectadas, el elemento de control calcula los valores instantáneos de la potencia activa y reactiva consumida/generada por la carga y el reactor controlado por tiristor conjuntamente.

En la especificación de patente anteriormente mencionada, se establece que las variaciones de tensión en las redes de c.a. están determinadas sustancialmente por las variaciones en el consumo de potencia reactiva de la carga y 65 que la dependencia de la tensión de su consumo de potencia activa puede ser despreciable. Las señales de control al convertidor se forman por lo tanto solamente en dependencia de las variaciones en el consumo de potencia reactiva por la carga.

El método usado en la especificación de patente EP 0 260 504 para la determinación de la potencia activa y reactiva instantáneas de la carga en un sistema bifásico ortogonal es aplicable también para el control de un reactor controlado por tiristor. Sin embargo, se ha demostrado que es difícil y, en ciertos casos, imposible, con el método para la formación de una señal de control como el establecido en la especificación de patente mencionada anteriormente, cumplir las demandas cada vez más exigentes sobre las perturbaciones impuestas por los operadores de las redes de c.a.

La especificación de patente europea EP 0 847 612 describe un dispositivo para la compensación de potencia reactiva en una carga industrial de la clase mencionada anteriormente. El dispositivo comprende un primer dispositivo de compensación en la forma de un reactor controlado por tiristor para el consumo controlable de la potencia reactiva y un segundo dispositivo de compensación para la generación de potencia reactiva por medio de elementos capacitivos. Un elemento de control calcula en un sistema bifásico ortogonal, a través de las intensidades trifásicas y de las tensiones trifásicas detectadas, los valores instantáneos del consumo de potencia reactiva y activa por parte de la carga. El elemento de control comprende un elemento de procesamiento de señales con una característica de avance de fase dentro del intervalo de frecuencias de interés para los parpadeos, cuya señal de procesamiento de señales se suministra con una señal correspondiente al consumo de potencia activa mencionado. Se forma una orden de control para el primer dispositivo de compensación en dependencia del consumo de la potencia reactiva por parte de la carga así como de una señal de salida desde el elemento de procesamiento de señales.

Es deseable, entre otras cosas debido a los gastos, tener la capacidad de utilizar reactores controlados por tiristor para la compensación de la potencia reactiva en las aplicaciones mencionadas en la parte introductoria de la descripción, pero se ha establecido que hay una necesidad de mejoras adicionales en su capacidad para compensar rápidamente las variaciones en el consumo de potencia de la carga.

Sumario de la invención

El objeto de la invención es proporcionar un método de la clase establecida en la parte introductoria de la descripción, mediante el que se mejore la reducción de los denominados parpadeos y un dispositivo para llevar a cabo el método. Este objetivo se resuelve mediante las características del método de la reivindicación 1 y del dispositivo de la reivindicación 5.

De acuerdo con la invención, esto se consigue mediante la detección, para cada una de las fases de la red de c.a., de un valor de amplitud instantánea de una tensión que representa la tensión a través de un reactor controlado por tiristor para la fase respectiva, mediante la formación de un valor medio de la tensión a partir de dichos valores de amplitud, mediante la formación, para cada... [Seguir leyendo]

1. Un método para la compensación del consumo de potencia reactiva de una carga industrial (2) , preferiblemente un horno de arco eléctrico o una planta para el laminado de materiales metálicos, alimentado desde una red de c.a.

eléctrica (1) trifásica (a, b, c) , en la que se conectan tanto un primer dispositivo de compensación (3, 3ab, 3bc, 3ca) para el consumo controlable de potencia reactiva como un segundo dispositivo de compensación (4) para la generación de potencia reactiva, a la red de potencia eléctrica en una conexión en paralelo con la carga, comprendiendo el primer dispositivo de compensación un reactor controlado por tiristor (31, 32) para cada una de las fases de la red de c.a., mediante el que se determina el consumo instantáneo de potencia reactiva (Q (t) ) por la carga y se forma una orden de control (αrefxy, αrefab, αrefbc, αrefca) para el control del ángulo de fase de los reactores controlados por tiristor dependiendo de la misma, caracterizado por que para cada uno de los reactores controlados por tiristor, se detecta un valor de amplitud (Uab, Ubc, Uca) para una tensión, tensión que representa la tensión a través de dicho reactor, se forma un valor medio de tensión (UAV, UAV') como un valor medio de dichos valores de amplitud, para cada uno de los reactores controlados por tiristor, se forma una desviación de amplitud (ΔUab, ΔUbc, ΔUca) como una diferencia del valor medio de tensión y el valor de amplitud asociado con el reactor controlado por tiristor, y que para cada uno de los reactores controlados por tiristor, se forma una orden de control separada dependiendo de la desviación de la amplitud para el reactor controlado por tiristor respectivo.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los reactores controlados por tiristor se conectan mutuamente en una conexión en Δ.

3. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-2, caracterizado por que la orden de control 25 respectiva se forma dependiendo también del consumo instantáneo de potencia activa (P (t) ) por parte de la carga.

4. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se determina el consumo total de potencia reactiva por parte de la carga y del segundo dispositivo de compensación y que la orden de control respectiva se forma en dependencia de la misma.

5. Un dispositivo para la compensación del consumo de potencia reactiva de una carga industrial (2) , preferiblemente un horno de arco eléctrico o una planta para el laminado de materiales metálicos, alimentado desde una red de c.a. eléctrica (1) trifásica (a, b, c) , que comprende un primer dispositivo de compensación (3, 3ab, 3bc, 3ca) para el consumo controlable de la potencia reactiva y un segundo dispositivo de compensación (4) para la 35 generación de potencia reactiva, estando conectados ambos de dichos dispositivos de compensación a la red eléctrica de potencia en una conexión en paralelo con la carga, comprendiendo el primer dispositivo de compensación un reactor controlado por tiristor (31, 32) para cada una de las fases de la red de c.a., para cada uno de los reactores controlados por tiristor unos dispositivos de medición de tensión (5, 5ab, 5bc, 5ca) para la detección de los valores de las amplitudes (Uab, Ubc, Uca) para una tensión que representa la tensión a través de los mismos, dispositivos de medición de intensidad (6) para la detección de las intensidad respectivas (Ia, Ib, Ic) en la carga y un equipo de control (7, 7ab, 7bc, 7ca) al que se suministran los valores medidos de los valores de amplitud detectados para tensiones e intensidades, comprendiendo el equipo de control medios (101) para la determinación del consumo instantáneo de potencia reactiva (Q (t) ) por la carga y un dispositivo de control (9) que, dependiendo de la misma, forma una orden de control (αrefxy, αrefab, αrefbc, αrefca) para los reactores controlados por tiristor y suministra la

45 orden de control a los mismos, caracterizado por que el equipo de control comprende medios para la formación de un valor medio de tensión (UAV, UAV') como el valor medio de dichos valores de amplitud para la tensión, medios (83ab, 83bc, 83ca) para la formación, para cada uno de los reactores controlados por tiristor, de una desviación de amplitud (ΔUab, ΔUbc, ΔUca) como una diferencia del valor medio de tensión y el valor de amplitud asociado con el reactor controlado por tiristor, y medios (84ab, 84bc, 84ca, 91, 91ab, 91bc, 91ca, 92, 92ab, 92bc, 92ca) para la formación, para cada uno de los reactores controlados por tiristor, de una orden de control separada dependiendo de la desviación de la amplitud para el reactor controlado por tiristor respectivo.

55 6. Un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que los reactores controlados por tiristor se conectan mutuamente en una conexión en Δ.

7. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-6, caracterizado por que el equipo de control comprende medios (101) para la determinación del consumo instantáneo de potencia activa (P (t) ) por parte de la carga y medios (102-105, 91, 91ab, 91bc, 91ca) para la formación de la orden de control respectiva dependiendo de la misma.

8. Un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-7, caracterizado por que comprende

dispositivos de medición de intensidad para la detección de las intensidades que circulan hacia la conexión en 65 paralelo que está constituida por la carga y el segundo dispositivo de compensación y que el equipo de control comprende medios (101) para la determinación del consumo total de potencia reactiva por la carga y por el segundo dispositivo de compensación, formando el dispositivo de control la orden de control respectiva dependiendo de la misma.