Circuito convertidor de alimentación y procedimiento para controlarlo.

Una instalación de circuito convertidor de alimentación, que consiste en una entrada de tensión de corrientealterna (12),

una instalación de circuito rectificador de múltiples fases (30) para convertir la tensión de corrientealterna en una tensión de corriente continúa y un circuito en serie de condensadores (32) entre los dos potencialesde la salida de la tensión de corriente continúa, en la que la instalación de circuito rectificador (30) consiste en unaprimera instalación en serie de componentes del rectificador (36) y una segunda instalación en serie decomponentes del rectificador (38) por fase y en la que los cátodos de primeros diodos fijadores de nivel (50) estánen cada caso conectados entre los ánodos y los cátodos de los componentes del primer rectificador (36) y losánodos de los segundos diodos fijadores de nivel (52) están en cada caso conectados entre los ánodos y loscátodos de los componentes del segundo rectificador (38) y los ánodos de los primeros diodos fijadores de nivel (50)en cada fase están conectados a los cátodos de los segundos diodos fijadores de nivel (52) del mismo númeroordinal y estas conexiones del mismo número ordinal de todas las fases están conectadas entre sí y al punto medioentre los condensadores (32) del mismo y del siguiente número ordinal, caracterizada porque un conmutador (60)está conectado en cada caso en paralelo a los condensadores (32) y un diodo (62) está conectado en cada casoentre los colectores respectivos del conmutador (60) y el condensador asociado (32).

Circuito convertidor de alimentación y procedimiento para controlarlo La invención describe una instalación de circuito convertidor de alimentación y un procedimiento para controlar el mismo, por ejemplo para utilizarlo en un inversor entre un generador con energía de salida que varía dinámicamente y una red de distribución de energía de media tensión. Las energías de salida que varían dinámicamente de este tipo surgen por ejemplo en el caso de instalaciones de energía eólica, ya que la salida de energía en este caso depende de la velocidad del viento. Las corrientes generadas típicamente son alimentadas en redes de distribución de energía con una tensión de hasta unas pocas decenas de kilovatios y frecuencias de 50 Hz o 60 Hz.

La técnica anterior cuando se aplica, como en el caso de las instalaciones de energía eólica, con una salida de energía dinámica que varía temporalmente de los generadores que producen la energía está formada por las siguientes tecnologías.

Para salidas de generación de energía de hasta aproximadamente 1 MW, se utilizan generadores con tensiones de hasta 690 W, por lo tanto la tensión en el circuito intermedio o en la conexión de corriente continúa al inversor es aproximadamente 1100 V. En los circuitos convertidores de potencia asociados, transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) de clases del tensión de 1200 V o 1700 V a menudo se utilizan como conmutadores de potencia. Para potencias más altas, estas tensiones del circuito intermedio de 1100 V son demasiado bajas, sin embargo, puesto que en este caso las perdidas, por ejemplo en los cables de conexión, incrementan desproporcionadamente.

Por lo tanto, en el caso de generación de energía con potencias desde aproximadamente 1 MW, se utilizan los generadores de media tensión de las clases de tensión normalizada desde 2, 2 kV, 3, 3 kV, 4, 16 kV y 6, 3 kV. Las altas tensiones de los circuitos intermedios que resultan a partir de aquí requieren instalaciones en serie en cascada tanto de conmutadores de potencia de alto bloqueo tales como transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) o tiristores controlados por puerta integrada (IGCT) de celdas del convertidor de alimentación, como se sugiere en el documento DE 101 14 075 A1.

Una situación comparable resulta para los componentes del rectificador de entrada. Una regla de dimensionado conocida establece que para una entrada de corriente alterna de 400 V de un circuito rectificador de diodo de tres fases, se utilizan los diodos de la clase de tensión de 1400 V. Si se transfieren las directrices de dimensionado de este tipo a los generadores de media tensión, se deben utilizar los diodos individuales de una clase de tensión, los cuales no están disponibles. Por lo tanto, para las aplicaciones de este tipo, los diodos de una clase de tensión inferior se conectan en serie. Para que la tensión inversa a través de los diodos individuales no exceda del valor el cual está predeterminado por su clase de tensión, en este caso se requiere un cableado complejo, por ejemplo por medio de elementos de resistencia capacitiva.

Un convertidor de alimentación de múltiples niveles conectado a un sistema de tensión de corriente alterna es conocido a partir del documento GB 2 285 523 A, el cual corresponde al preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención tiene el objeto de presentar una instalación de circuito convertidor de alimentación con una entrada de corriente alterna de media tensión y que utiliza componentes normales de clases de tensión menor sin un cableado exterior complicado y también un procedimiento para controlar una instalación de circuito convertidor de alimentación de este tipo, en el que todas las fases de la entrada de tensión de corriente alterna están cargadas uniformemente y de forma tan sinusoidal como sea posible.

El objeto se consigue mediante una instalación de circuito convertidor de alimentación según la reivindicación 1. Desarrollos preferidos se encuentran en las reivindicaciones subordinadas. Una instalación de circuito convertidor de alimentación de la forma de realización inventiva comprende los siguientes componentes:

una entrada de tensión de corriente alterna

una instalación de circuito rectificador de múltiples fases para la conversión de tensión de corriente alterna a una tensión de corriente continúa y también

una conexión en serie de condensadores entre los dos potenciales de la salida de tensión de corriente continua del rectificador.

La instalación del circuito rectificador según la invención comprende una primera y una segunda instalación en serie de los componentes del rectificador por fase. Los cátodos de los primeros diodos fijadores de nivel están en cada caso conectados en el punto medio entre los ánodos y los cátodos de todos los componentes del primer rectificador. Los ánodos de los segundos diodos fijadores de nivel están en cada caso conectados en el punto medio entre los ánodos y los cátodos de los componentes del segundo rectificador. Adicionalmente, los ánodos de los primeros diodos fijadores de nivel están en cada caso conectados a los cátodos de los segundos diodos fijadores de nivel con el mismo número ordinal. Las conexiones de número ordinal idéntico de todas las fases están conectadas de forma similar unas a otras y adicionalmente al punto medio entre los condensadores del mismo y del siguiente número ordinal. El número ordinal respectivo resulta de la cuenta de los componentes respectivos (véase también más adelante en este documento) .

La ventaja de esta forma de realización es que, por una parte, no es necesario un cableado exterior complejo adicional y por otra parte, los condensadores ya están presentes como condensadores del circuito intermedio en el caso de las aplicaciones anteriormente mencionadas como rectificadores de entrada para las celdas del convertidor de alimentación en cascada. Según la técnica anterior, para una salida de tensión de corriente continua de media tensión, los condensadores de este tipo siempre deben estar instalados como un circuito en serie, ya que los elementos correspondientes con la resistencia a la tensión requerida no están disponibles.

Por medio de su instalación en serie, los condensadores aseguran una distribución de la tensión definida en la salida de tensión de corriente continúa. Por medio de la toma central de los diodos fijadores de nivel entre los condensadores, éstos al mismo tiempo aseguran una limitación de la caída de tensión sobre los componentes del rectificador primero y segundo.

En el caso de la utilización de la instalación de circuito convertidor de alimentación de la invención en instalaciones de energía eólica, la tensión de corriente alterna de entrada cambia dinámicamente a lo largo del tiempo y está entre 0 V y unas pocas decenas de kilovoltios. Según la invención, a fin de cargar todas las fases del generador asignado uniformemente y de forma tan sinusoidal como sea posible, cada condensador tiene un conmutador conectado en paralelo. Éstos se conectan por medio de un control de nivel más alto de tal manera que, por una parte, se utilizan uniformemente las celdas del convertidor de alimentación aguas abajo y, por la otra parte, la fuente de entrada se carga de forma tan ideal como es posible.

Los diodos o los tiristores o las combinaciones de los mismos conocidas a partir de la técnica anterior se utilizan de forma ventajosa como componentes del rectificador. Los tiristores en este caso tienen la ventaja adicional de que cuando se utilizan en una instalación de energía eólica, en el caso de fallo de la red de distribución que se va a alimentar, el circuito convertidor de alimentación entero se puede separar del generador.

La invención se explica con más detalle utilizando las formas de realización ejemplares conjuntamente con las figuras 1 a 5.

La invención se explica con más detalle utilizando las formas de realización ejemplares conjuntamente con las figuras 1 a 5.

La figura 1 muestra una instalación de circuito convertidor según la técnica anterior.

La figura 2 muestra una instalación de circuito convertidor de alimentación.

La figura 3 muestra una instalación de circuito convertidor de alimentación según la invención en un convertidor de corriente alterna de tres fases a corriente continúa.

La figura 4 muestra la carga de una entrada de tensión de corriente alterna de un circuito rectificador de tres fases sin regular.

La figura 5 muestra la carga de una entrada de tensión de corriente alterna utilizando el procedimiento según la invención para controlar una instalación de circuito convertidor de alimentación según la invención.

1. Una instalación de circuito convertidor de alimentación, que consiste en una entrada de tensión de corriente alterna (12) , una instalación de circuito rectificador de múltiples fases (30) para convertir la tensión de corriente alterna en una tensión de corriente continúa y un circuito en serie de condensadores (32) entre los dos potenciales de la salida de la tensión de corriente continúa, en la que la instalación de circuito rectificador (30) consiste en una primera instalación en serie de componentes del rectificador (36) y una segunda instalación en serie de componentes del rectificador (38) por fase y en la que los cátodos de primeros diodos fijadores de nivel (50) están en cada caso conectados entre los ánodos y los cátodos de los componentes del primer rectificador (36) y los ánodos de los segundos diodos fijadores de nivel (52) están en cada caso conectados entre los ánodos y los cátodos de los componentes del segundo rectificador (38) y los ánodos de los primeros diodos fijadores de nivel (50) en cada fase están conectados a los cátodos de los segundos diodos fijadores de nivel (52) del mismo número ordinal y estas conexiones del mismo número ordinal de todas las fases están conectadas entre sí y al punto medio entre los condensadores (32) del mismo y del siguiente número ordinal, caracterizada porque un conmutador (60) está conectado en cada caso en paralelo a los condensadores (32) y un diodo (62) está conectado en cada caso entre los colectores respectivos del conmutador (60) y el condensador asociado (32) .

2. La instalación de circuito convertidor de alimentación según la reivindicación 1 en la que los componentes del rectificador son diodos o tiristores o una combinación adecuada de diodos y tiristores.

3. La instalación de circuito convertidor de alimentación según la reivindicación 1 en la que los condensadores

(32) son los condensadores del circuito intermedio de un módulo convertidor de alimentación (40) .

4. Un procedimiento para controlar una instalación de circuito convertidor de alimentación según la reivindicación 1 en el que los conmutadores (60) son conmutados a un ciclo de trabajo adecuado y a una frecuencia tal que se produce una carga de corriente sinusoidal uniforme de la entrada de tensión de corriente alterna.

(Estado de la técnica)