Generador de huecos de tensión de media/alta potencia, y método para generar dichos huecos.

Generador de huecos de tensión de media/alta potencia, que se conecta por un lado a una red eléctrica (61) trifásica y por otro lado a un equipo (60) o carga que se alimenta con una alimentación trifásica y sobre el que se ensaya el hueco generado,

y que comprende un circuito divisor inductivo (67) para definir la profundidad del hueco y la fase (F1, F2, F3) de la red eléctrica (61) en la que se genera dicho hueco, que comprende una inductancia de choque (62) que se conecta en serie entre una línea de conexión a la red eléctrica (61) y una línea dedicada al equipo (60) de ensayo, y al menos un banco de impedancias (64) con una impedancia shunt asociada a cada fase (F1, F2, F3). El generador (1000) comprende además un sistema de gestión (68) para limitar y controlar los transitorios al generarse el hueco.

Generador de huecos de tensión de media/alta potencia, y método para generar dichos huecos SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se relaciona con dispositivos para generar huecos de tensión de media y alta potencia, y más concretamente dispositivos de este tipo que emplean el concepto de divisor inductivo para generar dichos huecos de tensión.

La presente invención se relaciona también con métodos para generar huecos de tensión de media y alta potencia, y más concretamente métodos de este tipo adaptados para emplearse en dispositivos que emplean el concepto de divisor inductivo para generar dichos huecos de tensión.

ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA

Las características ideales de la energía eléctrica en el punto de generación pueden verse alteradas durante su transporte, distribución y utilización, que se traducen en desviaciones de alguno de los parámetros de una onda sinusoidal ideal de la energía eléctrica que se conocen como perturbaciones eléctricas. Su carácter puede ser transitorio o cuasi-estacionario, su origen puede situarse en el transporte y distribución o en el consumo, y sus efectos pueden ser perceptibles sobre dispositivos, equipos e instalaciones.

Cada vez en más países la liberalización del sector eléctrico impulsa nuevos conceptos y actividades como la generación descentralizada y la calidad de la energía. La calidad de energía es un concepto nuevo que define la calidad de la tensión suministrada a un consumidor. La calidad del suministro engloba esencialmente los conceptos de continuidad del suministro y de calidad de onda.

La continuidad del suministro hace referencia a la existencia o no de tensión en el punto de conexión. Cuando falla la continuidad del servicio, es decir, cuando la tensión del suministro desaparece del punto de conexión, se dice que hay una interrupción del suministro. La definición exacta en España, según la norma UNE-EN-50160, es que existe una interrupción del suministro cuando la tensión está por debajo del 1 % de la tensión nominal en cualquiera de las fases de alimentación. En continuidad, únicamente se tienen en cuenta las interrupciones largas, es decir de más de tres minutos. Las interrupciones breves, menores de tres minutos, se consideran un problema de calidad de onda, ya que son debidas a la operación de los sistemas de protección de las redes: reenganches rápidos debidos a faltas transitorias o fugitivas, operación de aislamiento de tramos con falta, etc. Por lo tanto, la calidad de onda hace referencia a la onda de tensión suministrada y las perturbaciones asociadas a la misma. Las caracteristicas ideales de una onda de tensión son una forma de onda senoidal, con amplitud y frecuencia determinada e invariante, asi como una simetria de fases (en los sistemas trifásicos) . Cuando estas caracteristicas son alteradas variando sus condiciones ideales, se dice que la onda de tensión sufre perturbaciones. Un suministro con buena calidad de onda debe mantener estas perturbaciones dentro de unos límites aceptables.

Las redes generales de distribución y transporte son aéreas en la mayoria de los casos, y están sometidas a inclemencias meteorológicas y a la acción incontrolada de terceros. La mala calidad de la energía recibida por un consumidor puede afectar sobre la operación de los procesos automáticos de producción industrial o los sistemas de generación eléctrica. Por ejemplo, los procesos de producción y generación renovable se encuentran altamente automatizados, siendo especialmente sensibles a las variaciones de tensión de suministro eléctrico.

La gran mayoría de las perturbaciones del sistema eléctrico que afectan a los consumidores de electricidad están originadas por faltas en el propio sistema de distribución eléctrico, generalmente cortocircuitos. Los equipos de protección utilizados en los sistemas de distribución, interruptores automáticos y seccionadores, junto con la estrategia de selectividad implementada hacen que los tiempos de eliminación de una falta puedan variar entre 4 y 50 ciclos (dependiendo del tipo de protección) . Estas faltas pueden originar una reducción o amplificación brusca de la tensión e incluso una interrupción del suministro en determinadas líneas del propio sistema de distribución.

Dado que la incidencia de las perturbaciones eléctricas, en mayor o menor grado es inevitable, resulta aconsejable la adopción de medidas correctoras o mitigadoras en todos los puntos posibles. De esta manera se minimizan los perjuicios que dichas perturbaciones pudieran ocasionar. Habitualmente los fabricantes de sistemas conectados a la red eléctrica han venido integrando en sus equipos algoritmos de control que garanticen su operación ante este tipo de perturbaciones. Muchos de ellos utilizan como referencia los estándares internacionales o códigos de red definidos para los sistemas renovables debido a los altos requerimientos que presentan. Además, con el objeto de perfeccionar o simplemente acreditar estos equipos según los estándares definidos, se han desarrollado dispositivos que permitan emular o reproducir la principal perturbación del sistema eléctrico, como son los huecos de tensión. Estos dispositivos son conocidos como generadores de huecos.

Los generadores de huecos pueden clasificarse en cuatro grupos o familias, dependiendo de la tecnología base utilizada en cada uno de ellos. Así, tenemos los generadores de huecos basados en maquinas en rotación, los basados en transformador, los basados en estructuras de conversión del tipo back-fo-back o también denominados full-converfer y los basados en divisores inductivos o impedancias shunt.

En la figura 1 puede apreciarse un diagrama simplificado que representa conceptualmente la tecnología de los generadores de huecos trifásicos basados en máquinas en rotación. Estos dispositivos se caracterizan por arrastrar un generador síncrono 10 mediante un motor eléctrico o diesel 11 con el objetivo de generar en sus extremos una tensión controlada sobre el dispositivo o carga 13 a ensayar, ejerciendo las funciones de red. Estos sistemas pueden diseñarse de modo que si se modifican las condiciones del circuito de excitación 12 se modifiquen a su vez las tensiones inducidas en bornes del generador 10. De esta forma, cualquier variación en el circuito de excitación 12 generará un perfil equivalente en el dispositivo o carga 13 establecido. El principal inconveniente de esta tecnología se encuentra en que solamente permite la generación de huecos trifásicos equilibrados. Además, debido a las características de las máquinas utilizadas las dinámicas en los perfiles de tensión resultantes suelen ser lentas (del orden de varios ciclos de red) . De forma global es una solución especifica orientada a un tipo determinado de perturbación que adquiere mayor complejidad a medida que aumenta su potencia debido al tamaño, peso y coste que adquiere el sistema en su conjunto.

La figura 2 muestra un ejemplo simplificado correspondiente a un generador conectado a una red monofásica 25 que utiliza la tecnología basada en transformador. Este tipo de generadores se caracterizan por combinar un transformador o autotransformador 20 de más de un devanado con dispositivos de conmutación 21 basados en tecnología de semiconductor que permitan la transición entre varias configuraciones rápidamente. De este modo, intercambiado los devanados del transformador 20 pueden generarse distintas tensiones en bornes del dispositivo o carga 24 a ensayar. Las transiciones de configuración pueden realizarse cuando la corriente por la carga 24 sea considerable, generándose variaciones y picos bruscos de tensión. Normalmente, con el objetivo de garantizar la integridad de los grupos de semiconductores 21 y 23 utilizados se añaden dispositivos (preferiblemente varistores) no-lineales 22 como en el documento CN101478244A por ejemplo, que limitan estas variaciones tensión. No obstante, existen otras muchas soluciones como en US20030230937A1, ES1065523U, KR20061175560A, W00060430A 1 Y W020050694 70A 1 en las que se combinan complejas estructuras electrotécnicas con estrategias de operación que garantizan la correcta generación de huecos sin contemplar la necesidad de limitar las variaciones de tensión. En cualquier caso esta tecnología presenta una solución relativamente sencilla cuando se consideran generadores de huecos de pequeña potencia. La extrapolación de estos sistemas a media/alta potencia puede presentar serios inconvenientes desde el punto de vista de protección de las sobretensiones cuando se utilicen semiconductores como interruptores en los cambios de configuración.

La figura 3 muestra un diagrama simplificado que representa conceptualmente los generadores de huecos trifásicos basados...

1. Generador de huecos de tensión de media/alta potencia, que se conecta por un lado a una red eléctrica (61) trifásica y por otro lado a un equipo (60) o carga que se alimenta con una alimentación trifásica y sobre el que se ensaya el hueco generado, y que comprende un circuito divisor inductivo (67) para definir la profundidad del hueco y la fase (F1, F2, F3) de la red eléctrica (61) en la que se genera dicho hueco, que comprende una inductancia de choque (62) que se conecta en serie entre una línea de conexión a la red eléctrica (61) y una línea dedicada al equipo (60) de ensayo, y al menos un banco de impedancias (64) de carácter inductivo con una impedancia asociada a cada fase (F1, F2, F3) , Y

un sistema de gestión (68) para limitar y controlar los transitorios al generarse el hueco,

caracterizado porque el sistema de gestión (68) comprende al menos un rectificador (71; 71'; 71") para rectificar la tensión trifásica, generando un borne positivo (P) y un borne negativo (N) de un circuito de corriente continua,

al menos un interruptor principal (76; 82, 83) , del tipo semiconductor, conectado a ambos bornes (P, N) del circuito de corriente continua, mediante cuyo cierre controlado se genera el hueco, y

una impedancia adicional (80; 92) Y un interruptor (81; 93) en serie por cada banco de impedancias (64) más uno, dispuestos en paralelo al interruptor principal (76; 82, 83) .

2. Generador según la reivindicación 1, en donde el sistema de gestión (68) comprende un sistema de generación (75) que comprende dos interruptores principales (82, 83) dispuestos en serie entre los bornes (P, N) del circuito de corriente continua, una rama de impedancias por cada banco de impedancias (64) más uno, dispuesta en paralelo a cada interruptor principal (82, 83) , que comprende una impedancia adicional (92) y un interruptor de rama (93) en serie, estando el punto de interconexión de las dos ramas de impedancias unido por un lado a un potencial de tierra a través de un primer interruptor (94) y unido por el otro lado a un punto de interconexión entre los dos interruptores principales (82, 83) a través de un segundo interruptor (95) .

3. Generador según la reivindicación 2, en donde el sistema de gestión (68) comprenden además un sistema de generación adicional (74) que comprende un interruptor principal (76) conectado a ambos bornes (P, N) del circuito de corriente continua, y una impedancia adicional (80) y un interruptor (81) en serie por cada banco de impedancias (64) más uno, dispuestos en paralelo al interruptor principal (76) ,

estando el sistema de generación (75) y el sistema de generación adicional (74) dispuestos en paralelo entre los bornes (P, N) del circuito de corriente continua.

4. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el rectificador (71) comprende tres ramas con dos diodos (72) en serie, una por cada fase (F1, F2, F3) , estando cada fase (F1, F2, F3) conectada a un punto de interconexión entre el ánodo del diodo (72) superior de una rama y el cátodo del diodo (72) inferior de dicha rama.

5. Generador según la reivindicación 1, en donde el sistema de gestión (68) comprende, para cada fase (F1, F2, F3) de la tensión trifásica, al menos un circuito eléctrico (100) formado por un rectificador (71'; 71") monofásico para rectificar la tensión trifásica, generándose un borne positivo (P) y un borne negativo (N) de un circuito de corriente continua, al menos un interruptor principal (76) entre ambos bornes (P, N) del circuito de corriente continua, y una rama con una impedancia adicional (80) y un interruptor (81) en serie por cada banco de impedancias (64) más una, dispuesta en paralelo al interruptor principal (76) .

6. Generador según la reivindicación 5, en donde el rectificador (71'; 71") comprende dos ramas con dos diodos (72) en serie, conectándose cada fase (F1, F2, F3) a un punto de interconexión entre el ánodo del diodo (72) superior y el cátodo del diodo (72) inferior de una de las ramas del rectificador (71'; 71") correspondiente.

7. Generador según la reivindicación 6, en donde el sistema de gestión (68) comprende un interruptor común (101; 110) mediante el cual se conectan los circuitos eléctricos (100) de cada fase (F1, F2, F3) al potencial de tierra.

8. Generador según la reivindicación 7, en donde el sistema de gestión (68) comprende, para cada fase (F1, F2, F3) de la tensión trifásica, una pluralidad de circuitos eléctricos (100) conectados en cascada, estando el interruptor común (110) conectado entre el potencial de tierra y el último de los circuitos eléctricos (100) en cascada de cada fase (F1, F2, F3) .

9. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de gestión (68) comprende una impedancia (78, 86) de carácter resistivo en serie con el interruptor principal (76; 82, 83) , Y un interruptor (79; 88) en paralelo a dicha impedancia (78, 86) .

10. Generador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el interruptor principal (76; 82, 83) es un IG8T.

11. Método para la generación de huecos de tensión de media/alta potencia con un generador del tipo que comprende un circuito divisor inductivo, en el que se configura el circuito divisor inductivo (67) para definir la profundidad del hueco generado y al menos una fase (F1, F2, F3) de una red eléctrica (61) en la que se genera dicho hueco,

caracterizado porque se cierra al menos un interruptor principal (76; 82, 83) , del tipo semiconductor, de un sistema de gestión (68) del generador (1000) que está conectado al circuito divisor inductivo (67) ,

se activa al menos una rama de impedancias (80; 92) dispuesta en paralelo a dicho interruptor principal (76) en función de la profundidad del hueco deseada, antes de que transcurra un tiempo predeterminado para la duración del hueco, y

una vez transcurrido dicho tiempo predeterminado, se abre el interruptor (76; 82 Y 83) principal,

de tal manera que se limitan y controlan los transitorios al generarse el hueco, tanto al inicio como al final de dicho hueco.

12. Método según la reivindicación 11, en donde cada rama de impedancias (80, 92) comprende un interruptor (81; 93) en serie asociado, cerrándose el interruptor (81; 93) para activar la rama de impedancias (80, 92) correspondiente.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde para 10 generar un hueco monofásico referido a tierra se conecta el sistema de gestión (68) al potencial de tierra previamente a controlar el cierre del interruptor principal (82, 83) .

14. Método según la reivindicación 13, en donde para conectar el sistema de gestión (68) a tierra se actúa sobre al menos un interruptor (94, 95; 101; 110) de dicho sistema de gestión que está conectado por un extremo al potencial de tierra.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en donde para que el circuito divisor inductivo (67) configure un hueco se actúa sobre unos interruptores (65) correspondientes asociados a cada fase (F1, F2, F3) de dicho circuito divisor inversor (67) .