Un dispositivo de conmutación exterior para corriente continua de alta tensión con conmutadores de semiconductores.

Un dispositivo de conmutación de corriente continua de alta tensión que comprende:

- al menos una barra colectora (41, 42, 41', 42', 77, 78, 90),

- al menos dos líneas de corriente continua (43-46, 43'-46', 71, 72, 91-93) cada una conectada a dicha al menos una barra colectora a través de los disyuntores para corriente continua que comprenden una sección (47) de al menos un dispositivo de semiconductores (48) del tipo de desactivación y un elemento rectificador (49) conectado en un montaje anti-paralelo,

- medios (65) configurado para detectar la presencia de una corriente de falla en relación con dicha barra colectora o líneas de corriente continua y

- una unidad de control (66) configurada para controlar dichos disyuntores de corriente continua para proteger los equipos conectados a dicha barra colectora y/o línea de corriente continua en la presencia de dicha corriente de falla,

caracterizado por cuanto que

al menos una de dichas líneas de corriente continua está conectada a por lo menos una de dichas barras colectoras a través de un disyuntor de corriente continua bidireccional (50, 52, 53, 55, 50', 52', 53', 55', 79-84, 94-96), esto es, un disyuntor de corriente continua que solamente puede bloquear la corriente que le atraviesa en un solo sentido, tiene dos barras colectoras (41, 42, 41', 42', 77, 78) y es un dispositivo de conmutación del tipo de un disyuntor y medio (40, 40'), que tiene tres disyuntores para corriente continua para dos de dichas líneas de corriente continua, un primer disyuntor de corriente continua (50, 53, 50', 53) que conecta una primera (43, 45, 43', 45') de las líneas de corriente continua a una primera (41, 41') de dichas barras colectoras, un segundo disyuntor de corriente continua (52, 55, 52', 55') que conecta una segunda (44, 46, 44', 46') de las líneas de corriente continua a una segunda (42, 42') de dichas barras colectoras y un tercer disyuntor de corriente continua (51, 54, 51', 54') en una ruta de circulación de corriente (56, 57, 56', 57') que interconecta el primero y segundo disyuntores de corriente continua, en donde el primero y el segundo disyuntores de corriente continua son dichos disyuntores de corriente continua unidireccionales y dicho tercer disyuntor de corriente continua (51, 54, 51', 54') es un disyuntor de corriente continua bidireccional que tiene al menos dos secciones conectadas en serie y con sus dispositivos de semiconductores con direcciones de conducción opuestas,

en donde

dichos primeros segundos disyuntores de corriente continua (50, 52, 53, 55) tienen sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir en el sentido hacia la primera (41) y la segunda (42) barra colectora, respectivamente y que dicha unidad de control (66) está configurada para controlar dicho primero o segundo disyuntor de corriente continua para abrirse para desconectar la línea de corriente continua respectiva desde la respectiva barra colectora en el caso de producirse un fallo operativo de esa barra colectora o dichos disyuntores para corriente continua (50', 52', 53', 55', 94-96) que conectan las líneas de corriente continua a una de dichas barras colectoras que tienen sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir alejándose de dicha barra colectora (41', 42', 90) respectivamente y que dicha unidad de control (66', 97) está configurada para controlar estos disyuntores de corriente continua para abrirse para desconectar dicha barra colectora en el caso de producirse un fallo de una línea conectada a esa barra colectora a través de este disyuntor de corriente continua.

Un dispositivo de conmutación exterior para corriente continua de alta tensión con conmutadores de semiconductores CAMPO Y ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo de conmutación de corriente continua de alta tensión que comprende:

- al menos una barra colectora, -al menos dos líneas de corriente continua conectada cada una a dicha al menos una barra colectora a través de disyuntores de corriente continua que comprende una sección de al menos un dispositivo de semiconductores del tipo d desactivación y un elemento rectificador conectado en montaje anti-paralelo, -medios configurados para detectar la presencia de una corriente de fallo en conexión con dicha barra colectora o líneas de corriente continua y -una unidad de control configurada para controlar dichos disyuntores de corriente continua para proteger los equipos conectados a dicha barra colectora y/o línea de corriente continua ante la presencia de dicha corriente de fallo.

La alta tensión significa una tensión superior a 10 kV y suele ser una tensión de varios centenares del kV con respecto a tierra.

Dicho dispositivo de conmutación de corriente continua se utiliza para interconectar líneas de corriente continua de alta tensión. A modo de ejemplo, pueden realizarse para formar una red de transmisión de corriente continua o para simplemente interconectar largas líneas de transmisión de corriente continua de alta tensión que pueden sobrecargar las líneas y/o cables. Pueden incluirse dispositivos convertidores de corriente alterna/corriente continua (AC/DC) en el sistema de conmutación y tener su lado de corriente continua conectado a dichas barras colectoras para conectar también una red de tensión alterna o un generador de energía eléctrica al dispositivo de conmutación de corriente continua. El número de líneas de corriente continua conectadas a dicho sistema de conmutación de corriente continua pueden ser de cualquier tipo imaginable, aunque dos y cuatro se ilustran en las Figuras de la presente invención.

Una configuración posible de dicho dispositivo de conmutación de corriente continua en la forma de un dispositivo de conmutación del tipo disyuntor y medio se ilustra de forma esquemática en la Figura 1 adjunta, en donde tres disyuntores para corriente continua 1-3 y 4-6 están dispuestos para dos líneas de corriente continua 7, 8 y 9, 10 respectivamente para conectar estas líneas de corriente continua a las dos barras colectoras 11, 12 del dispositivo de conmutación.

Otra configuración posible de dicho dispositivo de conmutación en la forma de un así denominado dispositivo de conmutación de dos disyuntores que tiene también dos barras colectoras se ilustra de forma esquemática en la Figura 2 adjunta. Este dispositivo de conmutación tiene cada línea de corriente continua 20, 21 conectada a través de dos disyuntores para corriente continua individuales 22, 23 y 24, 25, respectivamente, a un sistema redundante de barras colectoras 26, 27.

Los disyuntores para corriente continua de dichos dispositivos de conmutación están dispuestos para interrumpir las corrientes de falla que se produzcan como consecuencia de fallos operativos dentro del dispositivo de conmutación o de las líneas de corriente continua que le están conectadas para aislar el fallo operativo y proteger otras partes del sistema de transmisión de energía. Es, entonces, de gran importancia ser capaz de a muy corto plazo, tal como en el orden de unos pocos 100 μs, a la presencia de dicho fallo operativo limitar esta corriente de falla para impedir impactos severos sobre los equipos conectados al sistema, lo que es el motivo para utilizar dispositivos de semiconductores de tipo de desactivación, que pueden abrirse dentro de unos pocos μs como conmutadores en dichos disyuntores para corriente continua.

Sin embargo, dicho dispositivo de semiconductores del tipo de desactivación, tales como IGBTs (Transistor Bipolar de Puerta Aislada) de diseño estándar no son capaces de bloquear las tensiones negativas. Un disyuntor de corriente continua bidireccional basado en IGBTs estándar, sin capacidad de bloqueo inverso, se ilustra en la Figura 3 y está constituido por dos de dichas secciones incluyendo cada una un IGBT 30, 31 y un diodo en montaje antiparalelo 32, 33 que están conectados en serie con la dirección de corriente opuesta. Se observa que para cada dirección de corriente, la corriente pasará a través de un IGBT y un diodo, que dará lugar a pérdidas de conducción en el IGBT y en el diodo, en donde las pérdidas en el diodo serán aproximadamente un 50 % al 70 % en comparación con las pérdidas en el IGBT. Además, un gran número de conmutadores de corriente IGBT bidireccionales conectados en serie, ilustrados en la Figura 3, se requieren para formar un disyuntor para corriente

continua de alta tensión bidireccional junto con un banco de descargadores de sobretensiones comunes conectados en paralelo para la limitación de la intensidad de la corriente no ilustrados en la Figura.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

El objetivo de la presente invención es dar a conocer un sistema de conmutación para corriente continua de alta tensión del tipo definido en la introducción que se mejora en al menos algún aspecto en relación con los ya conocidos.

Este objetivo de la invención se obtiene proporcionando un dispositivo de conmutación, en el que al menos una de dichas líneas de corriente continua está conectada a al menos una de dichas barras colectoras a través de un disyuntor para corriente continua unidireccional, p.e., un disyuntor para corriente continua que puede solamente bloquear la corriente que le atraviesa en una sola dirección.

Los presentes inventores han constatado que es posible obtener la misma funcionalidad de un dispositivo de conmutación de corriente continua de alta tensión con no todos los disyuntores para corriente continua que son bidireccionales según se requiere por un dispositivo de conmutación de corriente continua convencional. Esto significa una reducción del número de los dispositivos de semiconductores del tipo de desactivación, tal como los IGBTs, para dicho disyuntor de corriente continua con respecto a un disyuntor de corriente continua bidireccional y es el número de dichos dispositivos de semiconductores, en dichos disyuntores para corriente continua, lo que determina los costes y las pérdidas de un dispositivo de conmutación para corriente continua.

Según una forma de realización de la invención, cada una de dichas líneas de corriente continua está conectada a por lo menos una de dichas barras colectoras a través de un disyuntor para corriente continua unidireccional del tipo citado. Lo que antecede no limitará la funcionalidad del dispositivo de conmutación de corriente continua pero da lugar a una considerable reducción de los costes y pérdida de conducción del dispositivo de conmutación.

Según otra forma de realización de la invención, el dispositivo de conmutación de corriente continua tiene dos barras colectoras y es un dispositivo de conmutación del tipo disyuntor y medio que tiene tres de dichos disyuntores para corriente continua por dos líneas de corriente continua, conectando un primer disyuntor para corriente continua una primera de las líneas de corriente continua a una primera de dichas barras colectoras, un segundo disyuntor para corriente continua conectando una segunda de las líneas de corriente continua a una segunda de dichas barras colectoras y un tercer disyuntor de corriente continua, en una ruta de circulación de corriente que interconecta los primeros y segundos disyuntores para corriente continua y los primeros y segundos disyuntores para corriente continua son dichos disyuntores para corriente continua unidireccionales. Lo que antecede constituye una alternativa ventajosa para realizar un dispositivo de conmutación para corriente continua según la invención con dicha reducción de costes y pérdidas con respecto a un dispositivo de conmutación que tiene solamente disyuntores para corriente continua bidireccionales sin limitar la funcionalidad de dicho dispositivo de conmutación.

Según otra forma de realización de la invención, es otro desarrollo de la forma de realización antes citada, dichos primeros y segundos disyuntores para corriente continua tienen sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir en el sentido hacia la primera y segunda barras colectoras, respectivamente, y dicha unidad de control está configurada para controlar dicho primero o segundo disyuntor de corriente continua para abrir para desconectar la respectiva línea de corriente continua desde la barra colectora respectiva en el caso de la presencia de un fallo operativo de esa... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de conmutación de corriente continua de alta tensión que comprende:

- al menos una barra colectora (41, 42, 41â?, 42â?, 77, 78, 90) , -al menos dos líneas de corriente continua (43-46, 43â?-46â?, 71, 72.

9. 93) cada una conectada a dicha al menos una barra colectora a través de los disyuntores para corriente continua que comprenden una sección (47) de al menos un dispositivo de semiconductores (48) del tipo de desactivación y un elemento rectificador (49) conectado en un montaje anti-paralelo, -medios (65) configurado para detectar la presencia de una corriente de falla en relación con dicha barra colectora o líneas de corriente continua y -una unidad de control (66) configurada para controlar dichos disyuntores de corriente continua para proteger los equipos conectados a dicha barra colectora y/o línea de corriente continua en la presencia de dicha corriente de falla, caracterizado por cuanto que al menos una de dichas líneas de corriente continua está conectada a por lo menos una de dichas barras colectoras a través de un disyuntor de corriente continua bidireccional (50, 52, 53, 55, 50â?, 52â?, 53â?, 55â?.

7. 84.

9. 96) , esto es, un disyuntor de corriente continua que solamente puede bloquear la corriente que le atraviesa en un solo sentido, tiene dos barras colectoras (41, 42, 41â?, 42â?, 77, 78) y es un dispositivo de conmutación del tipo de un disyuntor y medio (40, 40â?) , que tiene tres disyuntores para corriente continua para dos de dichas líneas de corriente continua, un primer disyuntor de corriente continua (50, 53, 50â?, 53) que conecta una primera (43, 45, 43â?, 45â?) de las líneas de corriente continua a una primera (41, 41â?) de dichas barras colectoras, un segundo disyuntor de corriente continua (52, 55, 52â?, 55â?) que conecta una segunda (44, 46, 44â?, 46â?) de las líneas de corriente continua a una segunda (42, 42â?) de dichas barras colectoras y un tercer disyuntor de corriente continua (51, 54, 51â?, 54â?) en una ruta de circulación de corriente (56, 57, 56â?, 57â?) que interconecta el primero y segundo disyuntores de corriente continua, en donde el primero y el segundo disyuntores de corriente continua son dichos disyuntores de corriente continua unidireccionales y dicho tercer disyuntor de corriente continua (51, 54, 51â?, 54â?) es un disyuntor de corriente continua bidireccional que tiene al menos dos secciones conectadas en serie y con sus dispositivos de semiconductores con direcciones de conducción opuestas, en donde dichos primeros segundos disyuntores de corriente continua (50, 52, 53, 55) tienen sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir en el sentido hacia la primera (41) y la segunda (42) barra colectora, respectivamente y que dicha unidad de control (66) está configurada para controlar dicho primero o segundo disyuntor de corriente continua para abrirse para desconectar la línea de corriente continua respectiva desde la respectiva barra colectora en el caso de producirse un fallo operativo de esa barra colectora o dichos disyuntores para corriente continua (50â?, 52â?, 53â?, 55â?.

9. 96) que conectan las líneas de corriente continua a una de dichas barras colectoras que tienen sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir alejándose de dicha barra colectora (41â?, 42â?, 90) respectivamente y que dicha unidad de control (66â?, 97) está configurada para controlar estos disyuntores de corriente continua para abrirse para desconectar dicha barra colectora en el caso de producirse un fallo de una línea conectada a esa barra colectora a través de este disyuntor de corriente continua.

2. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 1, caracterizado por cuanto que dicha línea de corriente continua está conectada a por lo menos una de dichas barras colectoras a través de uno de dichos disyuntores para corriente continua unidireccionales.

3. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por cuanto que las líneas de corriente continua (43â?, 44â?) conectadas a la barra colectora se abren en el otro extremo en el caso de que la línea interna de conexión a tierra tenga fallos en el dispositivo de conmutación cuando dichos disyuntores para corriente continua (50â?, 52â?, 53â?, 55â?.

9. 96) que conectan las líneas de corriente continua a una de dichas barras colectoras tengan sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir alejándose de dicha barra colectora (41â?, 42â?, 90) seguida por la apertura de los disyuntores de corriente continua correspondientes (50â?, 52â?) .

4. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por cuanto en el caso de que una línea de corriente continua tenga un fallo en una línea de corriente continua (43) conectada a una barra colectora, los disyuntores para corriente continua unidireccionales (53) de otras líneas de corriente continua conectadas a la barra colectora así como el tercer receptor óptico para corriente continua bidireccional (51) de la línea de corriente continua estén abiertos, cuando dichos primero y segundo

disyuntores de corriente continua (50, 52, 53, 55) tengan los dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir en el sentido hacia la primera (41) y la segunda (42) barra colectora.

5. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por cuanto que comprende un convertidor de corriente alterna/corriente continua, AC/DC, (58, 58â?) , tal como un convertidor de fuente de tensión, con su lado de corriente continua conectado a un punto medio (60, 60â?) en una ruta de circulación de corriente (61, 61â?) que interconecta dichas dos barras colectoras y con conexión estas barras colectoras a través de uno de dichos disyuntores de corriente continua (62, 63, 67â?, 68â?) cada uno en lados opuestos de dicho punto medio en dicha ruta de circulación de corriente.

6. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 5, caracterizado por cuanto que dichos disyuntores para corriente continua (62, 63) que conectan dicho convertidor a las barras colectoras (41, 42) son disyuntores para corriente continua unidireccionales con sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir hacia la barra colectora respectiva y por cuanto la unidad de control (66) está configurada para controlar el respectivo disyuntor para corriente continua para abrirse para desconectar el convertidor (58) desde una barra colectora al producirse un fallo operativo en esa barra colectora.

7. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 5, caracterizado por cuanto que dichos disyuntores de corriente continua (67â?, 68â?) que conectan el convertidor (58â?) a la respectiva barra colectora (41â?, 42â?) son disyuntores de corriente continua bidireccionales.

8. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que cada una de dicha sección de dichos disyuntores de corriente continua tiene una pluralidad de dichos dispositivos de semiconductores (48) conectados en serie y conjuntamente controlable a través de dicha unidad de control (66) .

9. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que dichos dispositivos de semiconductores (48) son un IGBT/IGBTs, un GTO/GTOs o un IGCT/IGCTs.

10. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por cuanto que está configurado para interconectar líneas de corriente continua previstas para estar a un nivel de tensión de >10 kV, 10 kV-1000 kV, 100 kV â?" 1000 kV o 300 kV â?" 1000 kV con respecto a tierra.

11. Una instalación para transmitir energía eléctrica a través de un dispositivo de corriente continua de alta tensión, caracterizada por cuanto que está provista de al menos un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

12. Un dispositivo de conmutación de corriente continua de alta tensión que comprende:

- al menos una barra colectora (41, 42, 41â?, 42â?, 77, 78, 90) , -al menos dos líneas de corriente continua (43-46, 43â?-46â?, 71, 72.

9. 93) cada una conectada a dicha al menos una barra colectora a través de los disyuntores para corriente continua que comprenden una sección (47) de al menos un dispositivo de semiconductores (48) del tipo de desactivación y un elemento rectificador (49) conectado en un montaje anti-paralelo, -medios (65) configurado para detectar la presencia de una corriente de falla en relación con dicha barra colectora o líneas de corriente continua y -una unidad de control (66) configurada para controlar dichos disyuntores de corriente continua para proteger los equipos conectados a dicha barra colectora y/o línea de corriente continua en la presencia de dicha corriente de falla, caracterizado por cuanto que al menos una de dichas líneas de corriente continua está conectada a por lo menos una de dichas barras colectoras a través de uno de dichos disyuntores para corriente continua unidireccionales (50, 52, 53, 55, 50â?, 52â?, 53â?, 55â?, 7984.

9. 96) , esto es, un disyuntor de corriente continua que puede solamente bloquear la corriente que le atraviesa en un solo sentido, por cuanto que tiene dos barras colectoras y es un dispositivo de conmutación de dos disyuntores (70) que tiene para cada una de dichas líneas de corriente continua (71, 72) una conexión separada (73-76) a cada una de dichas dos barras colectoras (77, 78) a través de uno de dichos disyuntores para corriente continua unidireccionales (79-82) con sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir hacia la barra colectora y por cuanto que dichas dos conexiones están conectadas a dicha línea de corriente continua a través de un disyuntor adicional para corriente 9

continua unidireccional (83, 84) en común con sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir alejándose de las barras colectoras hacia la línea de corriente continua.

13. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 12, caracterizado por cuanto que dicha unidad de control (66) está configurada para controlar dicho disyuntor adicional para corriente continua unidireccional (83, 84) en común para la apertura para desconectar la línea de corriente continua (71, 72) desde el dispositivo de conmutación de corriente continua a la presencia de un fallo operativo en esa línea de corriente continua.

14. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 12 o 13, caracterizado por cuanto que dicha unidad de control (66) está configurada para controlar dicho disyuntor de corriente continua unidireccional de uno de dichas dos conexiones para su apertura para desconectar una de dichas barras colectoras asociadas con esa conexión al producirse un fallo operativo en esa barra colectora.

15. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado por cuanto que comprende un convertidor de AC/DC (58, 58â?) , tal como un convertidor de fuente de tensión con su lado de corriente continua conectado a un punto medio (60, 60â?) de una ruta de circulación de corriente (61, 61â?) que interconecta dichas dos barras colectoras y con conexión a estas barras colectoras a través de uno de dichos disyuntores para corriente continua (62, 63, 67â?, 68â?) cada uno en direcciones opuestas de dicho punto medio en dicha ruta de circulación de corriente.

16. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 15, caracterizado por cuanto que dichos disyuntores de corriente continua (62, 63) que conectan dicho convertidor a las barras colectoras (41, 42) son disyuntores para corriente continua unidireccionales con sus dispositivos de semiconductores dirigidos para conducir hacia la respectiva barra colectora y por cuanto que la unidad de control (66) está configurada para controlar el respectivo disyuntor de corriente continua para su apertura para desconectar el convertidor (58) desde una barra colectora al producirse un fallo operativo de esa barra colectora.

17. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según la reivindicación 15, caracterizado por cuanto que dichos disyuntores para corriente continua (67â?, 68â?) que conectan el convertidor (58â?) a la respectiva barra colectora (41â?, 42â?) son disyuntores para corriente continua bidireccionales.

18. Un dispositivo de conmutación según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado por cuanto que cada una de dichas secciones de dichos disyuntores para corriente continua tienen una pluralidad de dichos dispositivos de semiconductores (48) conectados en serie y conjuntamente controlables por intermedio de dicha unidad de control (66) .

19. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, caracterizado por cuanto que dichos dispositivos de semiconductores (48) son IGBT/IGBTs, GTO/GTOs o un 40 IGCT/IGCTs.

20. Un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 19, caracterizado por cuanto que está configurado para interconectar líneas de corriente continua previstas para estar en un nivel de tensión de > 10 kV, 10 kV â?" 1000 kV, 100 kV â?" 1000 kV o 300 kV â?" 1000 kV con respecto a tierra.

21. Una instalación para transmitir energía eléctrica a través de un dispositivo de corriente continua a alta tensión caracterizado por cuanto que está provisto de al menos un dispositivo de conmutación de corriente continua según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20.