Sistema de monitorización de red eléctrica y método relacionado.
Sistema de monitorización de red eléctrica (2), que comprende una primera unidad de detección de armónicos (4) y una unidad de bucle de enganche de frecuencia (6) que tienen cada una al menos una entrada y al menos una salida,
teniendo la primera unidad de detección de armónicos una primera entrada (8) para recibir una primera señal de entrada, y una segunda entrada (10) conectada a la unidad de bucle de enganche de frecuencia para recibir una señal de control, en el que una entrada de la unidad de bucle de enganche de frecuencia se conecta a al menos una salida (14) de la primera unidad de detección de armónicos para recibir una señal de retroalimentación, estando la primera unidad de detección de armónicos configurada para detectar una primera componente de frecuencia y una segunda componente de frecuencia de la primera señal de entrada, en el que la primera unidad de detección de armónicos está configurada para alimentar la primera componente de frecuencia y la segunda componente de frecuencia a una primera salida y una segunda salida, respectivamente, de la primera unidad de detección de armónicos, comprendiendo la primera unidad de detección de armónicos un primer generador de señal (20), un segundo generador de señal (22) y una red de retroalimentación cruzada (24), teniendo el primer generador de señal una primera entrada conectada a una primera salida de la red de retroalimentación cruzada, y una primera salida conectada a una primera salida de la primera unidad de detección de armónicos y a una primera entrada de la red de retroalimentación cruzada, y teniendo el segundo generador de señal una segunda entrada conectada a una segunda salida de la red de retroalimentación cruzada, y una segunda salida conectada a una segunda salida de la primera unidad de detección de armónicos y a una segunda entrada de la red de retroalimentación cruzada, en el que la red de retroalimentación cruzada está configurada para restar la segunda componente de frecuencia de la primera señal de entrada y alimentar la señal resultante a la primera entrada del primer generador de señal, y en el que la red de retroalimentación cruzada está configurada para restar la primera componente de frecuencia de la señal de entrada y alimentar la señal resultante a la segunda entrada del segundo generador de señal.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/DK2009/000229.
Solicitante: VESTAS WIND SYSTEMS A/S.
Nacionalidad solicitante: Dinamarca.
Dirección: Hedeager 42 8200 Aarhus N DINAMARCA.
Inventor/es: RODRIGUEZ,PEDRO, TEODORESCU,Remus.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- G01R19/25 FISICA. › G01 METROLOGIA; ENSAYOS. › G01R MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES MAGNETICAS (indicación de la sintonización de circuitos resonantes H03J 3/12). › G01R 19/00 Disposiciones para proceder a las medidas de corrientes o tensión o para indicar su existencia o el signo (G01R 5/00 tiene prioridad; para la medida de corrientes o tensiones bioeléctricas A61B 5/24). › utilizando técnicas de medida digitales.
PDF original: ES-2546948_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Sistema de monitorización de red eléctrica y método relacionado
La presente invención se refiere a un sistema de monitorización de red eléctrica y a un método relacionado, en particular un sistema de monitorización de red eléctrica que permite la monitorización en tiempo real de variables de la red eléctrica, por ejemplo tensión y corriente, en sistemas de alimentación eléctrica, tales como redes monofásicas o trifásicas.
Antecedentes
Una de las cuestiones más importantes en el control de equipos conectados a la red eléctrica avanzados tales como procesadores de potencia interactivos de línea, sistemas de protección inteligentes y analizadores y monitores de la calidad de la energía eléctrica es la sincronización con las señales de potencia, es decir, señal(es) de tensión y/o señal(es) de corriente. Las formas de onda de tensión de la red eléctrica son sinusoidales y están equilibradas en condiciones de funcionamiento óptimas, pero son propensas a distorsionarse y desequilibrarse como consecuencia del efecto de cargas no lineales en la red eléctrica y fallos de la red eléctrica. Por su parte, las corrientes de línea son perfectamente sinusoidales y equilibradas únicamente en el caso de redes eléctricas ideales que consisten en cargas lineales perfectamente equilibradas. Por tanto, los equipos conectados a la red eléctrica deben sincronizarse apropiadamente con las variables de la red eléctrica para permanecer conectados de manera activa en condiciones de funcionamiento genéricas.
La tecnología de enganche de fase se ha usado durante décadas en sistemas de comunicaciones, militares y aeroespaciales para sincronizar un oscilador local con alguna señal externa reconocible. Siguiendo estos ejemplos, los equipos conectados a la red eléctrica avanzados han usado convencionalmente un bucle de enganche de fase (PLL) para sincronizar su sistema de control interno con la tensión o corriente de la red eléctrica. En sistemas trifásicos, el PLL basado en un marco de referencia síncrono (SRF-PLL) se ha convertido en una técnica de sincronización de red eléctrica convencional. Sin embargo, la respuesta de SRF-PLL es inaceptablemente deficiente cuando la tensión de distribución no está equilibrada.
El documento WO 2008/055499 da a conocer un método y sistema de monitorización de red eléctrica en tiempo real basado en un bucle de enganche de frecuencia (FLL).
La publicación, "Advanced Grid Synchronization System for Power Converters under Unbalanced and Distorted Operating Conditions" IEEE INDUSTRIAL ELECTRONICS, IECON 2006 - 32ND ANNUAL CONFERENCE ON, IEEE, PISCATAWAY, NJ, EE UU., 1 de noviembre de 2006 (01-11-2006), páginas 5173-5178 de RODRIGUEZ P ET AL, también da a conocer tal enfoque.
Todavía existe la necesidad de mejorar los sistemas de monitorización de red eléctrica.
Sumario
Un objetivo es proporcionar un sistema de monitorización de red eléctrica mejorado que tenga una respuesta mejorada.
Según la invención, el objetivo mencionado anteriormente y otros se cumplen mediante un sistema de monitorización de red eléctrica según la reivindicación 1 y un método según la reivindicación 14.
Una ventaja del sistema de monitorización de red eléctrica (GMS) según la presente invención es que se proporciona la monitorización en tiempo real de armónicos en señal(es) de potencia.
Una ventaja adicional es que la detección de armónicos en el GMS según la invención no se basa en el análisis de Fourier, reduciendo así los requisitos computacionales.
Además, el GMS proporciona monitorización de alta precisión de sistemas de alimentación monofásicos o trifásicos independientemente del contenido en armónicos de las señales de potencia procesadas. Esta característica puede lograrse gracias a la(s) unidad(es) de detección de armónicos, lo cual permite procesar los diferentes armónicos de la señal de potencia independientemente. En soluciones de monitorización existentes para una red trifásica, los armónicos se tratan como interferencias que deben filtrarse.
Breve descripción de los dibujos
Las características y ventajas anteriores y otras de la presente invención resultarán más fácilmente evidentes para los expertos en la técnica mediante la siguiente descripción detallada de realizaciones a modo de ejemplo de la misma con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 muestra un diagrama de bloques de una implementación monofásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 2 muestra un diagrama de bloques de una implementación monofásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 3 muestra un diagrama de bloques de una unidad de detección de armónicos, la figura 4 muestra un diagrama de bloques de una unidad de detección de armónicos,
la figura 5 muestra un diagrama de bloques de una implementación multifásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 6 muestra un diagrama de bloques de una implementación multifásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 7 muestra un diagrama de bloques de una implementación multifásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 8 muestra un diagrama de bloques de una implementación multifásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 9 muestra un diagrama de bloques de una implementación multifásica del sistema de monitorización de red eléctrica de la presente invención,
la figura 10 muestra un diagrama de bloques de una unidad de calculador de secuencias positivas-negativas, la figura 11 muestra un diagrama de bloques de un calculador de secuencias positivas-negativas,
la figura 12 muestra un diagrama de bloques de un generador de señal de cuadratura,
la figura 13 muestra un diagrama de bloques de un integrador generalizado de segundo orden (SOGI), la figura 14 muestra un diagrama de bloques de una unidad de bucle de enganche de frecuencia,
la figura 15 muestra un diagrama de bloques de una unidad de bucle de enganche de frecuencia,
la figura 16 muestra una respuesta de frecuencia de una unidad de detección de armónicos, y la figura 17 son gráficos que ¡lustran resultados experimentales.
Descripción detallada
El sistema de monitorización de red eléctrica (GMS) según la presente invención comprende una primera unidad de detección de armónicos y una unidad de bucle de enganche de frecuencia que tienen cada una al menos una entrada y al menos una salida.
El sistema de monitorización de red eléctrica puede comprender una segunda unidad de detección de armónicos que tiene al menos una entrada y al menos una salida.
Además, el sistema de monitorización de red eléctrica puede comprender una tercera unidad de detección de armónicos que tiene al menos una entrada y al menos una salida.
La(s) unidad(es) de detección de armónicos puede(n) comprender una primera entrada para alimentar una señal de entrada a la(s) unidad(es) de detección de armónicos, y una segunda entrada.
La segunda entrada de las respectivas unidades de detección de armónicos puede conectarse, o bien directamente o bien a través de una unidad de amplificador, a una entrada de control del primer generador de señal en las respectivas unidades de detección de armónicos, por ejemplo la segunda entrada de la primera unidad de detección de armónicos puede conectarse a una entrada de control del primer generador de señal de la primera unidad de detección de armónicos.
La(s) unidad(es) de detección de armónicos puede(n) comprender una o más unidades de amplificador que tienen una entrada conectada a la segunda entrada de la respectiva unidad de detección de armónicos, y una salida conectada a una entrada de control de un generador de señal. Por ejemplo, la primera unidad de detección de armónicos o la segunda unidad de detección de armónicos o ambas pueden comprender una unidad de amplificador que tiene una entrada conectada a la segunda entrada de la respectiva unidad de detección de armónicos y una salida conectada a una entrada de control del segundo generador de señal. Las unidades de amplificador pueden tener diferentes ganancias. Una o más de las ganancias pueden ser número enteros, por ejemplo para sintonizar los generadores de señal a frecuencias armónicas. Adicional, o alternativamente, una o más ganancias pueden ser un número no entero permitiendo así un análisis de interarmónicos de la señal de entrada.
Los generadores... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
Sistema de monitorización de red eléctrica (2), que comprende una primera unidad de detección de armónicos (4) y una unidad de bucle de enganche de frecuencia (6) que tienen cada una al menos una entrada y al menos una salida, teniendo la primera unidad de detección de armónicos una primera entrada (8) para recibir una primera señal de entrada, y una segunda entrada (10) conectada a la unidad de bucle de enganche de frecuencia para recibir una señal de control, en el que una entrada de la unidad de bucle de enganche de frecuencia se conecta a al menos una salida (14) de la primera unidad de detección de armónicos para recibir una señal de retroalimentación, estando la primera unidad de detección de armónicos configurada para detectar una primera componente de frecuencia y una segunda componente de frecuencia de la primera señal de entrada, en el que la primera unidad de detección de armónicos está configurada para alimentar la primera componente de frecuencia y la segunda componente de frecuencia a una primera salida y una segunda salida, respectivamente, de la primera unidad de detección de armónicos, comprendiendo la primera unidad de detección de armónicos un primer generador de señal (20), un segundo generador de señal (22) y una red de retroalimentación cruzada (24), teniendo el primer generador de señal una primera entrada conectada a una primera salida de la red de retroalimentación cruzada, y una primera salida conectada a una primera salida de la primera unidad de detección de
armónicos y a una primera entrada de la red de retroalimentación cruzada, y teniendo el segundo
generador de señal una segunda entrada conectada a una segunda salida de la red de retroalimentación cruzada, y una segunda salida conectada a una segunda salida de la primera unidad de detección de
armónicos y a una segunda entrada de la red de retroalimentación cruzada, en el que la red de
retroalimentación cruzada está configurada para restar la segunda componente de frecuencia de la primera señal de entrada y alimentar la señal resultante a la primera entrada del primer generador de señal, y en el que la red de retroalimentación cruzada está configurada para restar la primera componente de frecuencia de la señal de entrada y alimentar la señal resultante a la segunda entrada del segundo generador de señal.
Sistema de monitorización de red eléctrica según la reivindicación 1, en el que la segunda entrada de la primera unidad de detección de armónicos se conecta a una entrada de control del primer generador de señal.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la primera unidad de detección de armónicos comprende una unidad de amplificador que tiene una entrada conectada a la segunda entrada de la primera unidad de detección de armónicos y una salida conectada a una entrada de control del segundo generador de señal.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer generador de señal es un generador de señal de cuadratura que genera una primera señal de salida en la primera salida y una segunda señal de salida en una segunda salida conectada a una primera salida de cuadratura de la primera unidad de detección de armónicos.
Sistema de monitorización de red eléctrica según la reivindicación 4, en el que el generador de señal de cuadratura comprende un integrador generalizado de segundo orden.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer generador de señal tiene una tercera salida conectada a una primera salida de error de la primera unidad de detección de armónicos.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una segunda unidad de detección de armónicos que tiene al menos una entrada y al menos una salida, teniendo la segunda unidad de detección de armónicos una primera entrada para recibir una segunda señal de entrada, una segunda entrada conectada a la unidad de bucle de enganche de frecuencia para recibir una frecuencia de control, en el que una entrada de la unidad de bucle de enganche de frecuencia se conecta a al menos una salida de la segunda unidad de detección de armónicos para recibir una señal de retroalimentación, estando la segunda unidad de detección de armónicos configurada para detectar una primera componente de frecuencia y una segunda componente de frecuencia de la segunda señal de entrada en la primera entrada de la segunda unidad de detección de armónicos, en el que la segunda unidad de detección de armónicos está configurada para alimentar la primera componente de frecuencia y la segunda componente de frecuencia a una primera salida y una segunda salida, respectivamente, de la segunda unidad de detección de armónicos, comprendiendo la segunda unidad de detección de armónicos un primer generador de señal, un segundo generador de señal y una red de retroalimentación cruzada, teniendo el primer generador de señal una primera entrada conectada a una primera salida de la red de retroalimentación cruzada y una primera salida conectada a una primera salida de la segunda unidad de detección de armónicos y a una primera entrada de la red de retroalimentación cruzada, y teniendo el segundo generador de señal una segunda entrada conectada a una segunda salida de la red de retroalimentación cruzada y una segunda salida conectada a una segunda salida de la segunda unidad de detección de armónicos y a una segunda entrada de la red de retroalimentación
8.
9.
11.
12.
13.
14.
cruzada, en el que la red de retroallmentaclón cruzada está configurada para restar la segunda componente de frecuencia de la segunda señal de entrada y alimentar la señal resultante a la primera entrada del primer generador de señal, y en el que la red de retroallmentaclón cruzada está configurada para restar la primera componente de frecuencia de la segunda señal de entrada y alimentar la señal resultante a la segunda entrada del segundo generador de señal.
Sistema de monitorización de red eléctrica según la reivindicación 7, que comprende una unidad de calculador de secuencias positlvas-negatlvas conectada a salidas de las unidades de detección de armónicos primera y segunda y que está configurada para proporcionar las componentes de secuencia positiva y negativa a las frecuencias primera y segunda.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más entradas de la unidad de bucle de enganche de frecuencia se conectan a una o más salidas de cuadratura de la primera unidad de detección de armónicos.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una o más entradas de la unidad de bucle de enganche de frecuencia se conectan a una o más salidas de error de la primera unidad de detección de armónicos.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la unidad de bucle de enganche de frecuencia es una unidad de bucle de enganche de frecuencia linealizado.
Sistema de monitorización de red eléctrica según la reivindicación 11, en el que la unidad de bucle de enganche de frecuencia comprende varios multiplicadores que tienen una o más salidas conectadas a un bloque de agregación de error de frecuencia y una unidad de sistema de linealización de retroalimentación.
Sistema de monitorización de red eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una unidad de transformación que tiene al menos una entrada y al menos una salida y que está configurada para transformar la(s) señal(es) en la al menos una entrada en señal(es) en la al menos una salida según una transformación.
Método para hacer funcionar un sistema de monitorización de red eléctrica (2) que comprende una unidad de detección de armónicos (4) que tiene una primera entrada y una entrada de control y que comprende un primer generador de señal (20) que genera al menos una primera señal de salida en respuesta a una señal de control y una señal de entrada, comprendiendo además la unidad de detección de armónicos un segundo generador de señal (22) que genera al menos una segunda señal de salida en respuesta a una señal de control y una señal de entrada, comprendiendo el método:
alimentar una señal de entrada a la primera entrada de la unidad de detección de armónicos,
restar una señal de salida del primer generador de señal de la señal de entrada, y
alimentar la señal resultante como señal de entrada al segundo generador de señal.
Método según la reivindicación 14, que comprende restar una señal de salida del segundo generador de señal de la señal de entrada y alimentar la señal resultante como señal de entrada al primer generador de señal.
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