Una instalación para transmitir energía eléctrica.

Una instalación para transmitir energía eléctrica a través de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC) quecomprende dos estaciones convertidoras (101,

102) interconectadas por una red (103) de tensión continua bipolar y cadauna conectada a una red (104, 105) de tensión alterna para alimentar energía eléctrica desde una de dichas redes detensión alterna a la otra, teniendo cada estación convertidora un Convertidor de Fuente de Tensión M2LC (106, 107) quetiene al menos una pata de fase (2-4) que conecta a polos opuestos (5, 6) del lado de tensión continua del convertidor yque comprende una conexión en serie de las celdas de conmutación (7, 7'), teniendo cada una de dichas celdas deconmutación, una salida de fase (10-12) del convertidor que está configurada para ser conectada a un lado de tensiónalterna del convertidor que es formado entre dos celdas de conmutación a lo largo de dicha conexión en serie de celdasde conmutación, estando configurada cada celda de conmutación para obtener dos estados de conmutación, enparticular un primer estado de conmutación y un segundo estado de conmutación, en los que la tensión a través de almenos dicho condensador de almacenamiento de energía y una tensión cero, respectivamente, es aplicada a través delos terminales de la celda de conmutación, para obtener una tensión alterna determinada en dicha salida de fase,caracterizada por que dichos Convertidores de Fuente de Tensión están configurados para utilizar una tensión continuaque tiene una magnitud mayor para uno primero (5) de los polos que para uno segundo (6) de los mismos con respecto atierra, dónde la magnitud es de 5 a 10 veces mayor para dicho primer polo (5) que dicha magnitud de tensión de dichosegundo polo (6) y que es asimétrica con respecto a tierra para crear dicha tensión alterna en dicha salida de fase delconvertidor respectivo.

Una instalación para transmitir energía eléctrica CAMPO TÉCNICO DEL INVENTO Y TÉCNICA ANTERIOR

El presente invento se refiere a una instalación para transmitir energía eléctrica a través de una Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC) que comprende dos estaciones convertidoras interconectadas por una red de tensión continua bipolar y cada una conectada a una red de tensión alterna para alimentar energía eléctrica desde una de dichas redes de tensión alterna a la otra, teniendo cada estación convertidora un Convertidor de Fuente de Tensión que tiene al menos una pata de fase que conecta a polos opuestos del lado de tensión continua del convertidor y que comprende una conexión en serie de celdas de conmutación, teniendo cada celda de conmutación por un lado al menos dos conjuntos semiconductores conectados en serie y teniendo cada uno un dispositivo semiconductor de tipo de desactivación y un diodo de rueda libre conectado en paralelo con éste y en el otro al menos un condensador de almacenamiento de energía, estando configurada una salida de fase del convertidor para ser conectada a un lado de tensión alterna del convertidor que está formado entre dos celdas de conmutación a lo largo de dicha conexión en serie de celdas de conmutación, estando configurada cada una de dichas celdas de conmutación para obtener dos estados de conmutación mediante el control de dichos dispositivos semiconductores de cada celda de conmutación, en particular un primer estado de conmutación y un segundo estado de conmutación, en que la tensión a través de dicho al menos un condensador de almacenamiento de energía y una tensión cero, respectivamente, es aplicada a través de los terminales de la celda de conmutación, para obtener una tensión alterna determinada en dicha salida de fase.

Es posible que una de las estaciones convertidoras funcione siempre como rectificador, es decir, la energía eléctrica es alimentada desde la red de tensión alterna conectada a esta estación y a la otra estación convertidora que funciona como inversor y a través de ésta a la red de tensión alterna conectada a la estación convertidora mencionada en último lugar. Este sería el caso si la red de tensión alterna conectada a la estación convertidora mencionada en primer lugar es una parte de una instalación para generar energía eléctrica, tal como un parque de energía eólica. Sin embargo, también se puede concebir que la alimentación de energía eléctrica entre las dos estaciones convertidoras puede cambiar, de manera que las estaciones convertidoras pueden cambiar desde una operación como rectificador a inversor y a la inversa.

Los convertidores en dichas estaciones pueden tener cualquier número de dichas patas de fase, pero tienen normalmente tres de tales patas de fase para tener una tensión alterna trifásica en el lado de tensión alterna de las mismas.

Un Convertidor de Fuente de Tensión de este tipo puede ser utilizado en todo tipo de situaciones, en que la tensión continua ha de ser convertida en tensión alterna y a la inversa, en las que ejemplos de tales usos están en estaciones de instalaciones de HVDC (Corriente Continua de Alta Tensión) , en las que la tensión continua es convertida normalmente en una tensión alterna trifásica o a la inversa, o en las así llamadas estaciones sin interrupción ("back-to-back") en las que la tensión alterna es en primer lugar convertida en tensión continua y esta es a continuación convertida en tensión alterna, así como en SVCs (Compensador Estático de Potencia Reactiva) , en los que el lado de tensión continua consiste de condensadores que cuelgan libremente.

Un Convertidor de Fuente de Tensión de este tipo es conocido a través por ejemplo de los documentos DE 101 03 031 A1 y WO 2007/023064 A1 y es como se ha descrito aquí normalmente denominado un convertidor multi-celda o M2LC. Se ha hecho referencia a estas publicaciones para el funcionamiento de un convertidor de este tipo. Dichas celdas de conmutación del convertidor pueden tener otras apariencias que las mostradas en dichas publicaciones, y es por ejemplo posible que cada celda de conmutación tenga más de uno de dichos condensadores de almacenamiento de energía, siempre que sea posible controlar la celda de conmutación que ha de ser conmutada entre los dos estados mencionados en la introducción.

El documento WO 2007/028349 describe un sistema de transmisión de HVDC con convertidores M2LC que puede ser utilizado tanto para operación bipolar así como para operación monopolar por ejemplo con tierra o retorno de agua del mar.

La publicación “VALHALL RE- PROYECTO DE DESARROLLO, ENERGÍA DE LA COSTA” por Gilje y Carlsson en las Comunicaciones de conferencias de la 11ª Conferencia y Exhibición de Energía Internacional ENERGEX de 12 de Junio de 2006, en Stavanger, Noruega, describe una transmisión de HVDC bipolar asimétrica que utiliza convertidores de fuente de tensión conectados con conductores de 150 kV, 0 kV, por medio de un cable de HVDC coaxial con el conductor central de alta tensión y el conductor de retorno cerca de la pantalla de tierra.

El documento EP0938102A2 describe un cable de energía de corriente continua de alta tensión con conductor de retorno integrado y aislado para transmisión de energía de HVDC. En un ejemplo el conductor de retorno es puesto a tierra en mitad de una línea de 540 km hecho funcionar a 500 kV y que da como resultado magnitudes de tensión de 5 kV en los extremos del conductor de retorno en cada estación convertidora cuando se transfieren 800 MW.

El presente invento está dirigido a tales Convertidores de Fuente de Tensión configurados para transmitir potencias

elevadas. Cuando tal Convertidor de Fuente de Tensión es utilizado para transmitir potencias elevadas esto también significa que se manejan tensiones altas, y la tensión del lado de tensión continua del convertidor viene determinada por las tensiones a través de dichos condensadores de almacenamiento de energía de las celdas de conmutación. Esto significa que un número relativamente elevado de tales celdas de conmutación ha de ser conectado en serie para un número elevado de dispositivos semiconductores, es decir dichos conjuntos semiconductores han de ser conectados en serie en cada una de dichas celdas de conmutación, y un Convertidor de Fuente de tensión de este tipo es particularmente interesante cuando el número de las celdas de conmutación en dicha pata de fase es relativamente elevado. Un número elevado de tales celdas de conmutación conectadas en serie significa que será posible controlar estas celdas de conmutación para cambiar entre dichos primer y segundo estados de conmutación y por eso ya en dicha salida de fase obtener una tensión alterna que está muy próxima a una tensión sinusoidal. Esto puede ser obtenido ya por medios de frecuencias de conmutación sustancialmente inferiores que son típicamente utilizadas en Convertidores de Fuente de Tensión conocidos del tipo mostrado en la fig. 1 en el documento DE 101 03 031 A1 que tienen celdas de conmutación con al menos un dispositivo semiconductor de tipo de desactivación y al menos un diodo de rueda libre conectado en anti-paralelo con él. Esto hace posible obtener pérdidas sustancialmente menores y también reduce considerablemente los problemas de filtrado y corrientes armónicas y interferencias de radio, de manera que el equipo puede por ello ser menos costoso.

Por consiguiente, una instalación para transmitir energía eléctrica a través de un HVDC que tiene estaciones convertidoras con tales Convertidores de Fuente de Tensión de tipo M2LC tiene un número de ventajas.

RESUMEN DEL INVENTO

El objeto del presente invento es proporcionar una instalación del tipo definido en la introducción que ha sido mejorada en al menos algún aspecto con respecto a tales instalaciones ya conocidas.

Este objeto es obtenido de acuerdo con el invento por las características de la reivindicación 1. Se ha proporcionado una instalación tal, en la que dichos convertidores de fuente de tensión están configurados para utilizar una tensión continua que tiene una magnitud mayor para uno primer de los polos que para uno segundo de los mismos con respecto a tierra y que es asimétrica con respecto a tierra para crear dicha tensión alterna en dicha salida de fase del convertidor respectivo.

Utilizando tal asimetría en el lado de tensión continua de los convertidores pueden utilizarse cables más baratos o líneas aéreas para dicha red de tensión continua de la instalación. Así, el presente invento reside en una combinación de convertidores de bajas pérdidas del tipo M2LC y líneas de transmisión baratas en una instalación para transmitir energía eléctrica... [Seguir leyendo]

1. Una instalación para transmitir energía eléctrica a través de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC) que comprende dos estaciones convertidoras (101, 102) interconectadas por una red (103) de tensión continua bipolar y cada una conectada a una red (104, 105) de tensión alterna para alimentar energía eléctrica desde una de dichas redes de tensión alterna a la otra, teniendo cada estación convertidora un Convertidor de Fuente de Tensión M2LC (106, 107) que tiene al menos una pata de fase (2-4) que conecta a polos opuestos (5, 6) del lado de tensión continua del convertidor y que comprende una conexión en serie de las celdas de conmutación (7, 7’) , teniendo cada una de dichas celdas de conmutación, una salida de fase (10-12) del convertidor que está configurada para ser conectada a un lado de tensión alterna del convertidor que es formado entre dos celdas de conmutación a lo largo de dicha conexión en serie de celdas de conmutación, estando configurada cada celda de conmutación para obtener dos estados de conmutación, en particular un primer estado de conmutación y un segundo estado de conmutación, en los que la tensión a través de al menos dicho condensador de almacenamiento de energía y una tensión cero, respectivamente, es aplicada a través de los terminales de la celda de conmutación, para obtener una tensión alterna determinada en dicha salida de fase, caracterizada por que dichos Convertidores de Fuente de Tensión están configurados para utilizar una tensión continua que tiene una magnitud mayor para uno primero (5) de los polos que para uno segundo (6) de los mismos con respecto a tierra, dónde la magnitud es de 5 a 10 veces mayor para dicho primer polo (5) que dicha magnitud de tensión de dicho segundo polo (6) y que es asimétrica con respecto a tierra para crear dicha tensión alterna en dicha salida de fase del convertidor respectivo.

2. Una instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que dicha red de tensión continua bipolar (103) comprende un conductor de polo de alta tensión (109, 109’) configurado para formar dicho primer polo (5) que interconecta las dos estaciones convertidoras (101, 102) y un conductor de polo de baja tensión (110, 110’) configurado para formar dicho segundo polo (6) que interconecta dichas estaciones convertidoras.

3. Una instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que dicha red de tensión continua comprende una línea

(108) que forma dichos dos polos (5, 6) que interconectan dichas dos estaciones convertidoras (101, 102) , y por que dicha línea tiene un conductor de alta tensión central (109) que forma dicho primer polo y un conductor de baja tensión exterior (110) que forma dicho segundo polo que rodea dicho conductor de alta tensión y que está separado del mismo por una capa aislante (111) .

4. Una instalación según la reivindicación 3, caracterizada por que el área en sección transversal de dicho conductor de baja tensión (110) es de 1 a 2 veces, preferiblemente de 1 a 1, 5 veces, el área en sección transversal del conductor de alta tensión central (109) .

5. Una instalación según la reivindicación 3, caracterizada por que dicho conductor de baja tensión exterior (110) está rodeado por una capa aislante (111) .

6. Una instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que el número de celdas de conmutación (7, 7’) de dicha pata de fase de los Convertidores de Fuente de Tensión (106, 107) es ≥ 4, ≥ 12, ≥ 30, ≥ 50.

7. Una instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que dichos dispositivos semiconductores (16, 17) de los conjuntos de celdas de conmutación son IGBTs (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) , IGCTs (Tiristor Conmutado con Puerta Integrada) o GTOs (Tiristor con Desactivación de Puerta) .

8. Una instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que dichos Convertidores de Fuente de Tensión (106, 107) del mismo están configurados para tener una tensión continua a través de dichos dos polos que está entre 1 kV y 1200 kV o entre 10 kV y 1200 kV o entre 100 kV y 1200 kV.

9. Una instalación según la reivindicación 1, caracterizada por que está configurada para conducir una corriente continua de 200 A hasta 10 kA, o 1 kA, a 7 kA a través de dicha red de tensión continua desde una estación convertidora a la otra.