BR102013029291B1

BR102013029291B1 - sistema de controle de qualidade de potência integrado e método de controle de potência para uma carga

Info

Publication number: BR102013029291B1
Application number: BR102013029291-5A
Authority: BR
Inventors: Pinwan Thiwanka Bandara Wijekoon; Ara Panosyan; Manoj Ramprasad Shah
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2021-02-09
Also published as: CN103825278B; CA2832574A1; EP2733809A2; CN103825278A; AU2013257433B2; CA2832574C; ZA201308184B; US9042129B2; US20140133185A1; EP2733809A3; BR102013029291A2; EP2733809B1; AU2013257433A1; MX2013013443A

Abstract

SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO E MÉTODO DE CONTROLE DE POTÊNCIA PARA UMA CARGA. Trata-se de um sistema de controle de qualidade de potência integrado (60) que inclui um transformador (62) com um enrolamento primário (64), um enrolamento secundário (66,74) e um enrolamento de compensação (68,75) enrolado em um núcleo magnético (158). Um conversor eletrônico de potência (78) no sistema fornece uma tensão de referência ao enrolamento de compensação para Injetar uma tensão em série no enrolamento secundário do transformador. Um controlador (80) é utilizado para gerar a tensão de referência para o conversor eletrônico de potência com base em um requisito de controle de qualidade de potência.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] As realizações do sistema referem-se geralmente a uma rede potência elétrica e mais especificamente a qualidade de potência em uma rede de distribuição.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A estrutura básica de um sistema de potência elétrica que compreende vários elementos de hardware tais como geradores, transformadores e equipamento de monitoramento em tempo real e software tais como um software de análise de fluxo de potência, um software de detecção de falha e um software de restauração para geração, transmissão e distribuição de eletricidade.

[003] Com a geração distribuída aumentada, a integração de geradores distribuídos em sistemas de potência existentes apresenta desafios técnicos tal como a regulação de tensão, estabilidade e problemas de qualidade de potência. A qualidade de potência é uma medida essencialmente focada no consumidor e é amplamente influenciada pela operação de uma rede de distribuição e transmissão.

[004] Em geral, os operadores de sistema de potência garantem a qualidade da potência abastecida aos consumidores através da manutenção das tensões de barramento de carga dentro de seus limiteis possíveis. Quaisquer mudanças na configuração do sistema ou nas demandas de potência podem resultar em tensões maiores ou menores no sistema. Em algumas situações, a variabilidade do nível de tensão pode ser melhorada através da realocação da potência reativa gerada no sistema como, por exemplo, através do ajuste das derivações do transformador e através da comutação de fontes de volt-ampere reativo (VAR) tais como bancos de capacitor. Outra opção é usar um transformador em série para ajustar as tensões alimentadoras. Porém, as derivações de transformador têm limitações no número de comutações por anos e não é uma solução satisfatória para variações de tensão frequentes. Além disso, os bancos de capacitor e o transformador em série tendem a exigir instalações separadas e podem não trabalhar adequadamente para uma razão entre reatância a resistência (X/R). Adicionalmente, o transformador em série exige parada da linha alimentadora para instalação.

[005] Por essas e outras razões, existe uma necessidade para um sistema de controle de qualidade de potência melhorado.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[006] De acordo com uma realização da presente invenção, um sistema de controle de qualidade de potência integrado é fornecido. O sistema inclui um transformador que inclui um enrolamento primário, pelo menos um enrolamento secundário e pelo menos um enrolamento de compensação enrolado em um núcleo magnético. O sistema ainda inclui um conversor eletrônico de potência que fornece uma tensão de referência ao enrolamento de compensação para injetar uma tensão em série no enrolamento secundário e um controlador para gerar a tensão de referência para o conversor eletrônico de potência com base em um requisito de controle de qualidade de potência.

[007] De acordo com outra realização da presente invenção, um método de controle de potência para uma carga é fornecido. O método inclui fornecer um transformador que inclui um enrolamento primário, pelo menos um enrolamento secundário e pelo menos um enrolamento de compensação enrolado em um núcleo magnético e gerar uma tensão de referência para um conversor eletrônico de potência com base em um requisito de controle de qualidade de potência. O método ainda inclui a utilização do conversor eletrônico de potência para fornecer a tensão de referência através do enrolamento de compensação para injetar uma tensão em série no enrolamento secundário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[008] Essas e outras características, aspectos e vantagens da presente invenção se tornarão melhores entendidos quando a descrição detalhada a seguir for lida em referência aos desenhos anexados, em que os carácteres similares representam partes similares por todos os desenhos, em que: - a Figura 1a é um diagrama de linha única de um sistema de distribuição; - a Figura 1b ilustra o efeito da queda de tensão com base na distância da subestação de distribuição; - a Figura 2 é uma representação esquemática de um transformador de distribuição montando em poste; - a Figura 3 é uma representação esquemática de um sistema de controle de qualidade de potência integrado de acordo com uma realização do sistema atual; - a Figura 4a e 4b são representações esquemáticas de dois conversores monofásicos exemplificativos utilizados em um conversor eletrônico de potência da Figura 3 de acordo com realizações do sistema atual; - a Figura 5 é uma representação de diagrama de bloco de um controlador para os conversores eletrônicos de potência de acordo com uma realização do sistema atual; - a Figura 6 é uma representação esquemática de uma realização do sistema de controle de qualidade de potência integrado de acordo com uma realização do sistema atual; - a Figura 7 é um diagrama esquemático de outra realização do sistema de controle de qualidade de potência integrado de acordo com uma realização do sistema atual; - a Figura 8 é uma representação esquemática de ainda outra realização do sistema de controle de qualidade de potência integrado de acordo com uma realização do sistema atual; e - a Figura 9 é uma representação esquemática de uma realização de um sistema de controle de qualidade de potência integrado trifásico de acordo com uma realização do sistema atual.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[009] As realizações descritas no presente documento são diretamente para um sistema de controle de qualidade de potência integrado que utiliza um transformador de distribuição com um enrolamento de compensação ativo no mesmo para compensar pelas flutuações de tensões. Enquanto as realizações do sistema de controle de qualidade de potência integrado serão descritas no contexto do transformador de distribuição e para flutuações de tensões, será possível observar pelos técnicos no assunto que o sistema de controle de qualidade de potência integrado pode ser usado com outros transformadores, tal como o transformador de transmissão, e para outras aplicações assim como uma compensação harmônica.

[010] Um sistema de potência compreende tipicamente três estágios, a saber i) geração, ii) transmissão e iii) distribuição. A potência é gerada tipicamente na faixa de 1 kV a 30 kV e então transmitida em tensão mais alta, tal como 230 kV a 765 kV, para uma estação de distribuição. Na estação de distribuição, a tensão é, novamente, reduzida para os vários níveis na faixa de 120 volts a 35 kV, dependendo do tipo de consumidor. Vários transformadores são utilizados para transformar/mudar os níveis de tensão para as estações de geração antes que chegue aos consumidores.

[011] A Figura 1a ilustra um diagrama de linha única de um sistema de distribuição 10 e a Figura 1b mostra um resultado de simulação que representa a plotagem gráfica 30 de tensões em vários pontos de carga no sistema de distribuição 10. O sistema de distribuição 10 inclui uma subestação de distribuição 12 que tem um transformador de distribuição 14 e cargas 16 conectados a um alimentador 18. A subestação de distribuição 12 pode receber a potência a partir de uma ou mais subestações de transmissão (não mostrada). O transformador de distribuição 14 pode ser um transformador trifásico ou um transformador monofásico que depende do tipo de carga 16, isto é, industrial ou residencial. O sistema de distribuição 10 pode incluir adicionalmente um transformador de distribuição montado em poste (não mostrado) conectado ao alimentador 18 para abastecer potência às cargas 16.

[012] A plotagem gráfica 30 é um resultado de simulação e mostra dois gráficos 36, 38 para um período de carga alta e um período de carga baixa respectivamente. Um eixo geométrico horizontal 32 na plotagem 30 representa uma distância das cargas 16 da subestação de distribuição 12 e um eixo geométrico vertical 34 representa a tensão no ponto de carga no alimentador 18. O alimentador 18 tem alguma quantidade de impedância por unidade de comprimento (Z) que faz com que uma tensão caia IZ volts por unidade de comprimento, em que I é o fluxo de corrente no alimentador. Dessa maneira, as cargas 16 conectadas ao longo do comprimento do alimentador 18 terão níveis tensão diferentes e a carga no extremo do alimentador 18 tem a tensão mais baixa. Conforme pode ser visto a partir da plotagem 38, a tensão na extremidade da subestação de distribuição 12 do alimentador é 1,02 pu. Porém, a tensão no extremo do alimentador para a carga correspondente 3 é de aproximadamente de 0,97 pu (por exemplo, consumidores residências seriam observados em aproximadamente 116 volts em vez de 120). Se a carga aumentasse, a tensão do extremo cairia a um valor ainda mais baixo (isto é, de 1,02 pu para 0,96 pu) conforme pode ser visto a partir do gráfico 36.

[013] Outra razão para a flutuação da tensão de carga é a variação na potência reativa e ativa abastecida pela geração distribuída como, por exemplo, solar e vento. Por exemplo, em uma realização, a geração de potência solar pode ser localizada no extremo do alimentador 18. Em tal caso, uma variação de carga pode ocorrer no centro do alimentador. Como resultado, o sistema deverá regular a tensão ao longo do alimentador 18 em uma das direções para as variações na carga e gerações distribuídas.

[014] A Figura 2 mostra um diagrama esquemático de um transformador de distribuição montado em poste 40 que abastece potência as moradias residenciais. A distribuição montada em poste é um termo que inclui os transformadores de distribuição montado em poste, os transformadores de distribuição subterrâneos, assim com qualquer sistema de distribuição comparável que seja usado para abastecer potência a pelo menos uma fonte de carga tais como moradias residenciais, empresas, repartições públicas, escolas e quaisquer combinações dos mesmos. O transformador de distribuição montado em poste 40 inclui um enrolamento primário 42 que receber a potência a partir da subestação de distribuição 12 (Figura 1) tipicamente a uma tensão média Vm. Um enrolamento secundário 44 de transformador de distribuição montado em poste 40 é um enrolamento de fase dividida. Nesse exemplo, o enrolamento secundário 44 é dividido em duas partes por uma derivação de centro 46 de enrolamento secundário 44. A tensão classificada através dos terminais enrolamentos secundários P1 e P2 é geralmente uma tensão baixa Vl, que é menor que a tensão média Vm. Em uma realização, a tensão média Vm pode ser de 7200 volts e a tensão baixa pode ser de 240 volts. A derivação de centro 46 fornece três fios no lado secundário. Os três fios no lado secundário são uma derivação de centro N, um enrolamento secundário terminal P1 está a Vs1 volts em relação à derivação de centro N e o outro enrolamento secundário terminal P2 está a Vs2 volts em relação à derivação de centro N. Em geral, a Vl é igual ao somatório de Vs1 e Vs2.

[015] Uma carga pode ser conectada entre os terminais P1 e N para a saída de tensão Vs1, entre os terminais P2 e N para a saída de tensão Vs2 e uma conexão de volts Vl é obtida conectando-se a carga através dos terminais P1 e P2. Deve-se entender que, conforme a tensão através de qualquer desses terminais varia, as cargas conectadas a esses terminais são afetadas. Por exemplo, as luzes podem brilhar mais intensamente ou mais fracamente e podem mesmo fazer com que as lâmpadas incandescentes estourem prematuramente. O abastecimento de potência pobre também pode fazer com que o equipamento eletrônico falhe (especialmente computadores) e pode causar interferência da recepção de radio ou televisão. De acordo com uma realização do sistema atual, um enrolamento de compensação é incluído no transformador 40 para regular a tensão de saída do transformador 40 de modo que os consumidores possam receber abastecimento de potência de alta qualidade.

[016] A Figura 3 mostra um sistema de controle de qualidade de potência integrado 60 de acordo com uma realização da técnica atual. O sistema de controle de qualidade de potência integrado 60 inclui um transformador de distribuição 62 que tem um enrolamento primário 64, um primeiro enrolamento secundário 66, um segundo enrolamento secundário 74 e um primeiro enrolamento de compensação 68 e um segundo enrolamento de compensação 75. Na realização mostrada, existem dois enrolamentos de compensação 68, 75 conectados em série com dois terminais de saída 70 e 72 do enrolamento secundário 66, 74, porém, em outra realização, um único enrolamento de compensação pode também ser utilizado. Em ainda outra realização, pelo menos um enrolamento de compensação pode ser conectado em série com um enrolamento primário 64.

[017] Em uma realização, os enrolamentos de compensação 68, 75 compartilham um núcleo magnético com transformador de distribuição 62, isto é, os enrolamentos de compensação 68, 75 são enrolados no mesmo núcleo como o enrolamento primário 64 e o enrolamento secundário 66 e 74. A vantagem de utilizar um núcleo magnético comum é uma redução de espaço e uma redução de custo para esfriar e empacotar os enrolamentos de compensação 68, 75. Um conversor eletrônico de potência 78 controla a tensão através dos enrolamentos de compensação 68, 75 com base em um sinal de tensão de referência 82 que resulta em controle de um fluxo magnético no núcleo magnético e, assim, a tensão através dos enrolamentos secundários 66, 74 é controlada. O sinal de tensão de referência 82 é gerado por um controlador 80 e é baseado em um sinal de realimentação 83 dos terminais saída de transformador de distribuição 62. Em uma realização, o sinal de realimentação 83 pode ser uma combinação de sinais de tensão ou sinais de corrente ou combinações dos mesmos obtidos pelos sensores de tensão e/ou de corrente (não mostrados).

[018] Em uma realização, o conversor eletrônico de potência 78 inclui conversores monofásicos 88 e 84 acoplados aos enrolamentos de compensação 68, 74 respectivamente para controlar tensão através dos enrolamentos de compensação 68, 74. Além disso, o conversor eletrônico de potência 78 pode incluir outro conversor monofásico 86 para carregar um enlaçamento de corrente contínua comum (CC) (não mostrado) para todos os conversores monofásicos 88, 84 e 86. O conversor monofásico 86 carrega o enlace de CC comum trazendo-se a potência ativa do transformador 62. Em uma realização, para trazer a potência ativa do conversor monofásico 86 de transformador 62 injeta a corrente apropriada nos terminais de saída 70, 72. Em uma realização, os conversores monofásicos 88, 84 e 86 podem ser conversores bidirecionais, isto é, os conversores que convertem potência a partir da corrente alternada (CA) para corrente contínua (CC) e/ou CC para CA.

[019] Em geral, todos os conversores 88, 84 e 86 são bidirecionais, os mesmo têm um enlace de CC comum e trocam potência ativa ou real com o transformador de distribuição 62. Mais frequentemente, os conversores monofásicos 88 e 84 abastecem potência ativa para o transformador de distribuição 62, o que resulta no descarregamento do enlace de CC comum e, então, o conversor monofásico 86 recebe a potência ativa do transformador de distribuição 62 para carregar o enlace de CC de volta para seu estágio original.

[020] A Figura 4a e a Figura 4b mostram dois conversores monofásicos exemplificativos 90, 100 utilizados em conversores eletrônicos de potência como, por exemplo, o conversor eletrônico de potência 78 da Figura 3. O conversor monofásico 90 é uma rede em ponte completa constituída de duas pernas conectadas paralelamente 97, 98, em que cada uma tem dispositivos semicondutores 91, 92, e 93, 94 conectados em série respectivamente. Um enlace de CC 95 é conectado em paralelo com duas pernas 97, 98. Uma conexão de saída 96 de conversor monofásico 90 é empregada nos pontos médios de ambas as pernas 97, 98. Os dispositivos semicondutores podem incluir transistores bipolares de porta isolada (IGBTs) ou transistores de efeito de campo oxido metal (MOSFETs).

[021] Em referência a Figura 4b, o conversor monofásico 100 é uma meia rede em ponte constituída de um enlace de CC dividido 107 conectado em paralelo com uma perna conversora de potência 106. A perna conversora de potência 106 inclui dois dispositivos semicondutores 101 e 102 conectados em série e o enlace de CC dividido 107 inclui dois capacitores de enlace de CC 103, 104 conectado em série. Uma conexão de saída 105 de conversor monofásico 100 é empregada nos pontos médios da perna conversora de potência 106 e do enlace de CC dividido 107. Conforme discutido no presente documento, qualquer um dentre os conversores monofásicos 90, 100 podem ser usados através dos enrolamentos de compensação para controlar sua tensão ou conectado através de dois terminais de potência de um transformador para carregar o enlace de CC. Além disso, outras realizações de conversores monofásicos que ocorrerem para um individuo técnico no assunto também estarão dentro do escopo do sistema.

[022] A Figura 5 mostra um controlador 110 para conversores eletrônicos de potência da Figura 4 de acordo com realizações da técnica atual. Na realização mostrada, o controlador 110 inclui o subcontrolador de enrolamento de compensação 112 para o conversor monofásico (82 ou 84 da Figura 3), que controla a tensão através do enrolamento de compensação e o subcontrolador de enlace de CC 114 para o conversor monofásico 86 (Figura 3), que controla o enlace de CC. Em uma realização em que dois enrolamentos de compensação são utilizados no transformador de distribuição, os dois subcontroladores de enrolamento de compensação 112 podem ser usados. O controlador 110 recebe os sinais de realimentação 116, tal como a tensão de saída e a corrente de saída, em cada um dentro o terminal do transformador de distribuição 62 e uma magnitude de tensão de enlace de CC do conversor eletrônico de potência 78.

[023] O subcontrolador de enrolamento de compensação 112, nesse exemplo, inclui uma magnitude de tensão e o módulo de cálculo de fase 118 que determina uma magnitude e uma fase de tensão de saída de transformador de distribuição 62. Um módulo de detecção de erro 122 compara a magnitude e a fase de tensão de saída de transformador de distribuição 62 com uma magnitude e fase de tensão de referência 120 para determinar os sinais de erro 124. Os sinais de erro são, então, alimentados aos controladores integrais proporcionais (PI) 126 que, com base nos sinais de erro, determinam a magnitude e a fase para uma tensão em série que são adicionais à tensão de saída para obter a tensão de referência e reduzir o sinal de erro para aproximadamente zero. Uma geração de tensão equivalente e o módulo de modulação de largura de pulso (PWM) 128, então, geram os pulsos de PWM para o conversor monofásico 88 ou 84. Em uma realização, a razão de voltas entre o enrolamento de compensação e o enrolamento secundário também são levadas em consideração para gerar os pulsos de PWM conforme discutido no presente documento.

[024] Para propósitos ilustrativos, a razão de tensão entre os dois enrolamentos de um transformador pode ser dada como V1/V2=N1/N2, em que V1 e V2 são tensões através dos enrolamentos de transformador com número de voltas iguais a N1 e N2 respectivamente. Assumindo-se que uma tensão de enrolamento secundário de transformador é V2 (nenhuma derivação de centro) e a razão de voltas N1/N2 entre o enrolamento primário e o enrolamento secundário é 30/1 e a razão de voltas N3/N2 entre o enrolamento de compensação e o enrolamento secundário é 3/1. Em uma realização, V2 é definido para ser igual a 120 volts (isto é, V1 = 3.600 volts), porém, quando mensurado, V2 é na verdade 110 volts (isto é, V1 = 3.300 volts). Isso sugere que uma tensão em série Vser de 10 volts necessita ser adicionada em V2 para tornar-se igual ao valor de referência que é de 120 volts. Nesse caso, a tensão V2 pode ser ajustada por 10 volts através do aumento de V1 por 300 volts ou tornando V3 igual a 30 volts. Assim, a geração de tensão equivalente e o primeiro módulo de PWM 128 calculam V3 a partir de Vser determinado pelos controladores PI 126 e, então, geram os pulsos de PWM para o conversor monofásico 88 ou 84.

[025] A magnitude e fase de tensão de referência 120 são determinadas com base em um requisito de controle de qualidade de potência e são determinadas pelo operador do sistema ou por outro controlador pequeno (não mostrado). O requisito de controle de qualidade de potência inclui um dentre uma regulação de tensão, uma correção de fato de potência, uma compensação de distorção harmônica e uma compensação de potência reativa. Por exemplo, se o requisito de controle de qualidade de potência é o regulador de tensão, então, a tensão de saída de referência pode ser alimentada no sistema pelo operador e a tensão de referência que necessita ser injetada pode ser determinada pela subtração do vector da tensão de saída de referência e a tensão de saída do transformador de distribuição medida (isto é, Vser=Vref-V2). Porém, se o requisito de controle de qualidade de potência é a compensação de potência reativa, então, um segundo controlador pode determinar a potência reativa real e compará-la em referência a potência reativa para descobrir a magnitude e fase de tensão de referência. Similarmente, um segundo controlador pode ser utilizado para gerar a magnitude e fase de tensão de referência em caso de um requisito de compensação harmônico.

[026] O subcontrolador de enlace de CC 114 inclui um módulo de detecção de erro 130 que determina a diferença entre a tensão de CC real 132 e uma tensão de CC de referência 134 e fornece um sinal de erro 136 para um controlador PI 138. O controlador PI 138, então, determina uma magnitude ou razão de modulação de amplitude para um módulo PWM 042 que, então, gera pulsos de PWM para o conversor monofásico 86.

[027] Deve-se observar que na Figura 5 apenas um controlador exemplificativo é mostrado. Porém, outros controladores para controlar a tensão através do enrolamento de compensação ou para controlar a tensão de enlace de CC e a modificação do controlador revelado no presente documento estão dentro do escopo do sistema atual. Por exemplo, em uma realização (por exemplo, no caso de uma falha), o subcontrolador de enrolamento de compensação 112 e o subcontrolador de enlace de CC 114 podem ser acoplados conforme mostrado por uma linha pontilhada 113 e pode haver acoplamento cruzado de alguns componentes.

[028] A Figura 6 mostra um diagrama esquemático de uma realização do sistema de controle de qualidade de potência integrado 150. O sistema de controle de qualidade de potência integrado 150 inclui um transformador 152 que tem um enrolamento primário 154 e um enrolamento secundário 156 enrolado em um núcleo magnético 158. Um enrolamento de compensação 160 é enrolado adicionalmente no núcleo magnético 158 em continuidade ao enrolamento primário 154. Um conversor eletrônico de potência 162 é conectado em paralelo através de dois terminais de entrada 164, 166 de enrolamento primário 154 e é controlado para receber a potência ativa dos terminais de entrada 164, 166 para carregar um enlace de CC conforme discutido no presente documento. Os terminais de saída 168, 170 de conversor eletrônico de potência 162 são conectados adicionalmente através do enrolamento de compensação 160. Um controlador (não mostrado) controla a tensão de saída de conversor eletrônico de potência 162 e consequentemente modifica a tensão através do enrolamento de compensação 160. Conforme a tensão através do enrolamento de compensação 160 muda, o mesmo muda um fluxo magnético no transformador e consequentemente o mesmo muda a tensão através do enrolamento secundário 156. Essa técnica também pode ser referida como compensação de série magnética conforme um fluxo magnético devido ao enrolamento primário e um fluxo magnético devido aos enrolamentos de compensação são adicionados para o fluxo magnético resultante no transformador que muda a tensão de saída através do enrolamento secundário 156. Desse modo, em vez da adição de tensões, os dois fluxos magnéticos são adicionados, o que resulta na mudança na tensão de saída.

[029] A Figura 7 mostra um diagrama esquemático de outra realização de um sistema de controle de qualidade de potência integrado 180. Nessa realização 180, a diferença principal comparada à realização 150 da Figura 6 é que o enrolamento de compensação 160 agora está conectado em série a um enrolamento secundário 156 em vez de em série com o enrolamento primário 154. Além disso, as conexões de entrada de conversor eletrônico de potência são conectadas em paralelo aos terminais de saída 165, 167 de enrolamento secundário 156 e as conexões de saída de conversor eletrônico de potência conexão de saídas 168, 170 são conectadas através do enrolamento de compensação 160.

[030] A Figura 8 mostra ainda outra realização de um sistema de controle de qualidade de potência integrado 200. Na realização 200, o enrolamento de compensação 160 não está conectado em série com o enrolamento primário 154 nem em série com o enrolamento secundário 156, de preferência, o mesmo é enrolado separadamente no núcleo magnético 158. O controle do conversor eletrônico de potência 162 em ambas as realizações 180 e 200 é similar ao controle discutido no presente documento.

[031] A Figura 9 mostra uma representação esquemática de um sistema de controle de qualidade de potência integrado trifásico 250 de acordo com uma realização do sistema atual. Em geral, nessa realização, os enrolamentos de compensação discutidos no presente documento também podem ser empregados em um transformador trifásico. Assim, o sistema de controle de qualidade de potência integrado trifásico 250 inclui um transformador trifásico 252 com os enrolamentos primários 254 e os enrolamentos secundários 256. Os terminais A1, B1, e C1 formam terminais de entrada de transformador 252 enquanto que os terminais a1, b1 e c1 formam terminais de saída de transformador 252. Os enrolamentos de compensação 258 são conectados em série com os enrolamentos primários 254, porém, em outra realização, os enrolamentos de compensação 258 também podem ser conectados em série com os enrolamentos secundários 256. Um conversor eletrônico de potência 260 que pode incluir um conversor trifásico que controla a tensão através dos enrolamentos de compensação 258 com base nos sinais de entrada do controlador 262.

[032] As vantagens do sistema atual e vantagens técnicas incluem o abastecimento de tensão alimentadora estável para as cargas, sejam residencial, empresarial ou governamental, a qualidade de potência melhorada, nenhuma requisito de parada das linhas alimentadoras e o tamanho otimizado e o custo do sistema.

[033] Embora apenas certas características da invenção tenham sido ilustradas e descritas no presente documento, muitas modificações e mudanças ocorrerão aos técnicos no assunto. Deve ser, portanto, entendido que as reivindicações anexadas são destinadas a cobrir todas tais modificações e mudanças conforme se situam dentro do escopo verdadeiro da invenção.

Claims

1. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), compreendendo: um transformador (62) que inclui um enrolamento primário (64), pelo menos um enrolamento secundário (66, 74) e pelo menos um enrolamento de compensação (68, 75) enrolado em um núcleo magnético (158); um conversor eletrônico de potência (78) que fornece uma tensão de referência para o enrolamento de compensação (68, 75) para injetar uma tensão em série no pelo menos um enrolamento secundário (66, 74); e um controlador (80) para gerar a tensão de referência para o conversor eletrônico de potência (78) com base em um requisito de controle de qualidade de potência; caracterizado pelo controlador (80) ser configurado para gerar a tensão de referência com base em uma relação entre uma razão de voltas do pelo menos um enrolamento de compensação (68, 75) e do enrolamento secundário (66, 74), e uma tensão de enrolamento secundário de referência determinada com base no requisito de qualidade de potência.

2. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o pelo menos um enrolamento de compensação (68, 75) ser conectado em série ao enrolamento primário (64) ou ao pelo menos um enrolamento secundário (66, 74) ou é enrolado separadamente no núcleo magnético (158).

3. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o pelo menos um enrolamento de compensação (68, 75) ser configurado para controlar um fluxo magnético no núcleo magnético (158) para injetar a tensão em série no pelo menos um enrolamento secundário (66, 74).

4. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo conversor eletrônico de potência (78) compreender uma pluralidade de conversores bidirecionais que utilizam um enlace de corrente contínua comum ou um conversor trifásico.

5. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela pluralidade dos conversores bidirecionais incluir um conversor de corrente contínua para corrente alternada para controlar a tensão de referência ao longo do enrolamento de compensação (68, 75) e um conversor de corrente alternada para corrente contínua para carregar o enlace de corrente contínua comum através da troca de potência ativa com o transformador (62).

6. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo controlador (80) incluir um primeiro controlador para controlar o conversor de corrente contínua para corrente alternada e um segundo controlador para controlar o conversor de corrente alternada para corrente contínua.

7. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo segundo controlador ser configurado para gerar uma razão de modulação de amplitude para gerar os pulsos de modulação de largura de pulso para o conversor de corrente alternada para corrente contínua com base em um erro entre uma tensão de corrente contínua de referência e uma tensão de corrente contínua real.

8. SISTEMA DE CONTROLE DE QUALIDADE DE POTÊNCIA INTEGRADO (60), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo requisito de controle de qualidade de potência incluir uma dentre uma regulação de tensão, uma correção de fato de potência, uma compensação de distorção harmônica e uma compensação de potência reativa.

9. MÉTODO DE CONTROLE DE POTÊNCIA PARA UMA CARGA, caracterizado por compreender as etapas de: fornecer um transformador (62) que inclui um enrolamento primário (64), pelo menos um enrolamento secundário (66, 74) e pelo menos um enrolamento de compensação (68, 75) enrolado em um núcleo magnético (158); gerar uma tensão de referência para um conversor eletrônico de potência (78) com base em um requisito de controle de qualidade de potência; e utilizar o conversor eletrônico de potência (78) para fornecer a tensão de referência ao longo do enrolamento de compensação (68, 75) para injetar uma tensão em série no pelo menos um enrolamento secundário (66, 74); em que o controlador (80) é configurado para gerar a tensão de referência com base em uma relação entre uma razão de voltas do pelo menos um enrolamento de compensação (68, 75) e do enrolamento secundário (66, 74), e uma tensão de enrolamento secundário de referência determinada com base no requisito de qualidade de potência.