BR112020000235A2

BR112020000235A2 - conversor de tensão multinível modular, processo de controle de um conversor de tensão multinível modular e módulo de controle

Info

Publication number: BR112020000235A2
Application number: BR112020000235-6A
Authority: BR
Inventors: Kosei SHINODA; Jing Dai; Abdelkrim Benchaib; Xavier GUILLAUD
Original assignee: Supergrid Institute; Centralesupelec
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2018-07-04
Publication date: 2020-07-07
Also published as: FR3068842B1; WO2019008275A8; KR20200027991A; WO2019008275A1; RU2020105666A; JP7168645B2; CN110999052A; CA3068415A1; US20200195165A1; EP3649728A1; FR3068842A1; JP2020527010A; US11070144B2

Abstract

A invenção refere-se a um conversor multinível modular (10) equipado com um módulo de controle (20) que compreende um computador (22) de um ponto de ajuste interno para comando do conversor e um módulo de gestão de energia (24) para determinar um ponto de ajuste da potência a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada (110), estando o módulo de controle configurado para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua (120) e a tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do ponto de ajuste interno para comando e do ponto de ajuste da potência a serem transmitidos para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.

Description

"CONVERSOR DE TENSÃO MULTINÍVEL MODULAR, PROCESSO DE CONTROLE DE UM CONVERSOR DE TENSÃO MULTINÍVEL MODULAR E MÓDULO DE CONTROLE" ANTECEDENTES DA REVELAÇÃO

[001] A presente invenção refere-se ao campo técnico das instalações de transporte de corrente contínua em alta tensão multiterminal (HVDC), em que as estações integram conversores modulares multiníveis (MMC).

[002] A Figura 1 ilustra esquematicamente um conjunto 12 de submódulos de um conversor modular multinível 10, de acordo com a técnica anterior. Para uma corrente de entrada/saída trifásica (compreendendo três fases φa , φb e φc ), esse conversor 10 compreende três pernas de conversão que são referenciadas pelos indicadores a, b e c nos diferentes componentes da Figura 1.

[003] Cada perna de conversão compreende um braço superior e um braço inferior (referenciado pelos indicadores "u" para superior e "l" para inferior), sendo que cada deles liga um terminal DC+ ou DC– da rede de alimentação de energia elétrica contínua (DC) a um terminal da rede de energia elétrica alternada (AC). Em particular, cada uma das pernas está conectada a uma das três linhas de fase φa , φb e φc da rede de energia elétrica alternada. A Figura 1 ilustra um conjunto de 12 submódulos, em que uma corrente ixi passa por cada braço com (em que x indica se o braço é superior ou inferior e o indicador i indica as pernas). Além do mais, cada braço compreende uma pluralidade de submódulos 𝐒𝐌𝐱𝐢𝐣 os quais podem ser controlados de acordo com uma sequência preferida (com x indicando se o braço é superior ou inferior, i indicando a linha de fase a qual o braço está conectado, e j sendo o número do submódulo entre os submódulos em série nos braços). Aqui, apenas três submódulos foram ilustrados por braços. Na prática, cada braço inferior ou superior pode compreender um número N de submódulos, variando de algumas dezenas a algumas centenas.

[004] Cada submódulo 𝐒𝐌𝐱𝐢𝐣 compreende um sistema de armazenamento de potência, tal como pelo menos um capacitor e um membro de controle para conectar seletivamente esse capacitor em série entre os terminais do submódulo ou para contorná-los. Os submódulos são controlados de acordo com uma sequência selecionada para fazer com que o número de elementos de armazenamento de potência varie progressivamente, os quais estão conectados em série em um braço do conversor 10 para abastecer diversos níveis de tensão. Além disso, na Figura 1, 𝐕𝐝𝐜 representa a tensão no ponto de conexão do conversor à rede de alimentação de energia elétrica contínua, idc representa a corrente da rede de alimentação de energia elétrica contínua, enquanto as correntes 𝐢𝐠𝐚 , 𝐢𝐠𝐛 e 𝐢𝐠𝐜 passam pelas três linhas de fase 𝛗𝐚 , 𝛗𝐛 e 𝛗𝐜. Além disso, cada braço tem uma indutância 𝐋𝐚𝐫𝐦 e cada linha de fase compreende uma indutância 𝐋𝐟 e uma resistência 𝐑 𝐟 .

[005] A Figura 2 ilustra um submódulo 𝐒𝐌𝐱𝐢𝐣 pertencente ao conversor 10 da Figura 1. Esse submódulo 𝐒𝐌𝐱𝐢𝐣 tem tensão vSM em seus terminais. Nesse submódulo, cada membro de controle compreende um primeiro elemento de comutação eletrônica T1 tal como um transistor bipolar de porta isolada (IGBT) conectado em série a um elemento de armazenamento de energia elétrica, aqui um capacitor 𝐂𝐒𝐌 . Esse primeiro elemento de comutação T1 e esse capacitor 𝐂𝐒𝐌 são montados paralelos a um segundo elemento de comutação eletrônica T2, também um transistor bipolar de porta isolada (IGBT).

Esse segundo elemento de comutação eletrônica T2 é acoplado entre os terminais de entrada e saída do submódulo 𝐒𝐌𝐱𝐢𝐣 . O primeiro e segundo elementos de comutação T1 e T2 estão ambos conectados a um diodo antiparalelo indicado na Figura 2.

[006] Ao operar, o submódulo pode ser controlado em dois estados de controle.

[007] Em um primeiro estado, um autodenominado estado "ligado" ou controlado, o primeiro elemento de comutação T1 e o segundo elemento de comutação T2 são configurados para conectarem o elemento de armazenamento de potência 𝐂𝐒𝐌 em série aos submódulos. Em um segundo estado, um autodenominado estado “desligado” ou não controlado, o primeiro elemento de comutação T1 e o segundo elemento de comutação T2 são configurados de modo a provocarem um curto-circuito no elemento de armazenamento de potência 𝐂𝐒𝐌 .

[008] Sabe-se que cada braço, tendo uma tensão 𝐯𝐦 em seus terminais, pode ser modelado por uma fonte de tensão modelada, tendo uma tensão 𝐯𝐦 em seus terminais, cujo ciclo de funcionamento depende do número de submódulos controlados, e por um capacitor modelado 𝐂𝐭𝐨𝐭 conectado à fonte de tensão. Esta modelação é ilustrada na Figura 3, indicando um braço com uma corrente 𝐢 passando através dela e da modelação resultante. 𝐂𝐭𝐨𝐭 é a capacidade equivalente em um braço de modo que o inverso desta capacidade equivalente do braço 𝐂𝐭𝐨𝐭 é igual à soma dos inversos das capacidades dos submódulos controlados nesse braço, de acordo com: em que 𝐂𝟏 , 𝐂𝟐 , …, 𝐂𝐣 , …, 𝐂𝐍 são as capacidades do jth capacitor no braço.

[009] Consequentemente, a tensão 𝐯𝐜𝚺 nos terminais do capacitor modelado 𝐂𝐭𝐨𝐭 é igual à soma das tensões 𝐯𝐜𝐣 nos terminais dos capacitores dos submódulos no braço (com j variando de 1 a N e indicando o número do capacitor e, portanto, do submódulo). Além disso, uma corrente 𝐢𝐦 passa através de cada capacitor modelado 𝐂𝐭𝐨𝐭 . No presente pedido 𝐂𝐭𝐨𝐭 representa livremente tanto o capacitor modelado como o valor da sua capacidade. Ao controlar a sequência de controle dos submódulos, para fazer com que o número de elemento de armazenamento de potências conectado em série varie progressivamente, a potência do capacitor modelado 𝐂𝐭𝐨𝐭 e, portanto, a tensão nos terminais de cada fonte de tensão modelada pode ser diminuída ou aumentada.

[010] A técnica anterior, portanto, revela uma configuração equivalente do conjunto de submódulos do conversor MMC 10 ilustrado na Figura 4. Nessa Figura, o conversor é um conversor semelhante àquele descrito na referência à Figura 1, e em que cada braço foi substituído por seu modelo.

Além disso, cada linha de fase da rede de energia elétrica alternada é conectada a uma corrente 𝐢𝐠𝐢 e uma tensão 𝐯𝐠𝐢 (o indicador i referenciando o número de pernas).

[011] Aqui, cada uma das fontes modeladas de tensão compreende em seus terminais uma tensão 𝐯𝐦𝐱𝐢 , e uma corrente 𝐢𝐦𝐱𝐢 passa através de cada capacitor modelado 𝐂𝐭𝐨𝐭 , e compreende em seus terminais uma tensão 𝐯𝐜𝚺𝐱𝐢 (com x indicando se o braço é superior ou inferior e i indicando o número de pernas). Também pode ser visto que é possível desmembrar o conversor MMC em uma peça imaginária alternada e uma peça imaginária direta (na entrada ou saída, desde que o conversor esteja configurado para converter potência alternada em potência direta ou o contrário), em que a evolução da potência total armazenada nos capacitores dos submódulos é igual à diferença entre a potência que entra no conversor e a potência que sai.

[012] Conhecem-se conversores do tipo “Conversor de Fonte de Tensão” (conhecidos ao versado na técnica sob o acrônimo “VSC”), tendo um capacitor de estação conectado em paralelo à rede de alimentação de energia elétrica contínua. A desvantagem deste tal capacitor em paralelo é que o mesmo não permite que o conversor seja desconectado da tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Além disso, para esse tipo de conversor necessita-se fazer uso de muitos filtros para obter sinais convertidos adequados.

[013] Além disso, a inércia da rede de alimentação de energia elétrica contínua depende da sua capacidade, de tal forma que uma capacidade aumente a inércia da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Portanto, uma grande capacidade da rede e, consequentemente, uma inércia considerável permita que o mesmo resista melhor a quaisquer interrupções. Inversamente, uma baixa capacidade de rede, e, portanto, baixa inércia, regule mais facilmente e mais precisamente a tensão no ponto de conexão do conversor à rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[014] Ao contrário dos conversores do tipo Conversor de Fonte de Tensão, os conversores MMC não incluem um capacitor de estação conectado em paralelo e que possa influenciar na estabilidade da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Os conversores multinível modulares têm, portanto, a vantagem de proporcionar a desconexão entre a tensão total dos capacitores de submódulos e a tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua. No entanto, uma simples variação na potência pode resultar em uma variação substancial na tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[015] Conhecem-se conversores MMC, cujo controle não se baseia em energia (Controle Não Baseado em Energia). Nestes conversores, quando aparece qualquer desvio na tensão entre a tensão dos capacitores dos braços e a tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua, a potência da rede de alimentação de energia elétrica continua de entrada varia automaticamente para corrigir o dito desvio na tensão. Esse controle é executado sem regulador adicional já que a energia trocada com os capacitores de braços seguem variações na tensão sobre a rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[016] Entretanto, todas as variáveis deste tipo de conversor não são controladas, as quais aparecem através de uma falta de robustez do conversor.

[017] Conversores que têm seu controle baseado em energia também são conhecidos. Especialmente conhecido é o documento intitulado “Control of DC bus voltage com a Modular Multilevel Converter” (Samimi et al., Conferência da PowerTech, 2015), que apresenta um conversor multinível modular que compreende um sistema de controle de transferência de potência na região da parte alternada, transferência de potência na região da parte contínua e da energia interna do conversor. Este tipo de conversor que utiliza controle baseado em controle de energia (“Controle Baseado em Energia”), das variáveis em corrente de redes de alimentação elétricas contínua e alternada controla as potências destas duas respectivas redes. Uma diferença entre as potências das redes de alimentação elétrica diretas e alternadas causam uma diminuição ou aumento na energia armazenada nos capacitores dos submódulos. Mas esse tipo de conversor prejudica a desconexão entre tensões nos terminais dos capacitores dos submódulos e tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Além disso, o mesmo não se adapta efetivamente e em tempo real às oscilações em tensões sobre a rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[018] Estes conversores conhecidos não são suficientemente robustos, em particular com respeito à contribuição a estabilidade da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Estas soluções existentes não exploram plenamente as capacidades dos conversores MMC em termos de controle de energia interna do conversor em conjunto com controle da estabilidade da rede DC.

[019] Conversores tais como os descritos no documento FR1557501 também são conhecidos. O comportamento deste tipo de conversor multinível modular é equivalente àquele de um capacitor virtual colocado em paralelo com a rede de alimentação de energia elétrica contínua. Ao regular a energia interna deste conversor torna-se possível fazer com que a capacidade do capacitor virtual varie virtualmente. A vantagem é ser capaz de agir sobre a rede de alimentação de energia elétrica contínua, e contribuir para sua estabilidade, enquanto mantêm desconexão entre a tensão total dos capacitores dos submódulos e a tensão da dita rede.

[020] A desvantagem da solução apresentada no documento FR1557501 é que este tipo de conversor envolve muitas etapas de cálculos usando um grande número de variáveis intermediárias. Além disso, regulagem da energia interna revela-se longa e complexa de realizar e dispendiosa em termos de recursos. Além disso, na presença de perturbação na rede de alimentação de energia elétrica contínua, torna-se particularmente difícil, ou até mesmo impossível, controlar a energia interna de tal conversor de acordo com a técnica anterior.

OBJETIVO E DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

[021] Um objetivo da presente invenção é propor um conversor multinível modular (MMC) equipado com um módulo de controle do conversor o qual permite regulagem fácil da energia interna do conversor. Outro objetivo é fornecer um conversor mais robusto para regular efetivamente a energia interna do conversor apesar da presença de perturbações sobre rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[022] Para alcançar isto, a invenção relata um conversor de tensão multinível modular para converter tensão alternada em tensão contínua e o inverso, compreendendo uma autodenominada parte contínua projetada para ser conectada a uma rede de alimentação de energia elétrica contínua e a uma autodenominada parte alternada projetada para ser conectada a uma rede de energia elétrica alternada, o conversor compreendendo uma pluralidade de pernas, cada perna compreendendo um braço superior e um braço inferior, cada braço compreendendo uma pluralidade de submódulos controláveis individualmente por um membro de controle específico para cada submódulo e cada submódulo compreendendo um capacitor conectável em série no braço quando o membro de controle do submódulo está em um estado controlado, cujo cada braço pode ser modelado por uma fonte de tensão modelada conectada a um ciclo de funcionamento dependente de vários capacitores colocados em série no braço, estando cada fonte de tensão modelada conectadas em paralelo a um capacitor modelado correspondente a capacidade total dos braços.

[023] O conversor compreende ainda um módulo de controle do conversor que compreende um computador de um ponto de ajuste interno para comando do conversor através da aplicação de uma função que tem um parâmetro de entrada ajustável.

[024] De acordo com uma característica geral do conversor, o módulo de controle do conversor compreende ainda um módulo de gestão de energia configurado para proporcionar um ponto de ajuste de potência operacional como uma função da tensão nos terminais de cada capacitor modelado, sendo o ponto de ajuste de potência operacional utilizado para determinar um ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada, sendo o módulo de controle configurado para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e a tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do ponto de ajuste interno para comando e do ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.

[025] O parâmetro de entrada ajustável do computador pode ser definido a qualquer hora durante operações de regulagem da energia interna e feito facilmente pelo usuário. O ponto de ajuste interno para comando pode ser conectado a diferentes tipos de magnitudes. De um modo não limitante o ponto de ajuste interno para comando pode ser um ponto de ajuste interno da potência ou até mesmo um ponto de ajuste de corrente. O ponto de ajuste interno para comando calculado pelo computador depende do parâmetro de entrada. Além disso, é possível que o usuário atue diretamente sobre o ponto de ajuste interno para comando do conversor e, consequentemente, regule a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e para a tensão nos terminais de cada capacitor modelado.

[026] O usuário pode ajustar ainda mais o parâmetro de entrada como uma função de perturbações na rede de alimentação de energia elétrica contínua para estabilizá-lo.

[027] De um modo não limitante, o conversor multinível modular, cujo módulo de controle é equipado com tal computador, comporta-se da mesma forma que um capacitor virtual disposto em paralelo com a rede de alimentação de energia elétrica contínua. A regulagem do parâmetro de entrada ajustável do computador tem a capacidade de o capacitor virtual variar virtualmente. A vantagem é ser capaz de atuar sobre a rede de alimentação de energia elétrica contínua enquanto mantêm desconexão entre a tensão total dos capacitores dos submódulos e a tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[028] Ao contrário de um capacitor colocado realmente em paralelo com a rede de alimentação de energia elétrica contínua, o capacitor virtual não tem custo e não pode ser degradado. Em particular, o capacitor virtual ajustável de acordo com a invenção pode assumir valores de capacidade muito elevados, não materialmente possíveis para um capacitor real.

[029] Os submódulos são preferencialmente controlados por meio de dois transistores bipolares de porta isoladas (IGBT) para colocar o capacitor do dito submódulo no braço associado em série ou não, conforme o submódulo deva ser controlado no estado "ligado" controlado ou no estado "desligado" não controlado.

[030] Cada braço pode ser modelado por uma fonte de tensão modelada conectada em paralelo a um capacitor modelado de capacidade Ctot.

A soma das tensões dos capacitores dos submódulos de um braço é notado como vcΣ , de tal modo que a tensão nos terminais do capacitor modelado associado em paralelo com a fonte de tensão modelada é vcΣ .

[031] O ciclo de funcionamento α, conectado a fonte de tensão modelada, é preferencialmente calculado conforme a expressão: em que n é o número de submódulos conectado ao estado “ligado” no braço associado e N é o número de submódulos no braço.

[032] Além disso, devido à invenção, o módulo de gestão de energia fornece um ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada P∗ac e, portanto, liga a tensão nos terminais de cada capacitor modelado, a partir deste ponto de ajuste. Além disso, esse módulo contribui para regular a energia interna do conversor, ocorrendo na parte alternada do mesmo. Uma vantagem do módulo de gestão de energia é a de dispensar perturbações na rede de alimentação de energia elétrica contínua ou na parte contínua do conversor. Na verdade, o módulo de gestão de energia permite a regulagem da potência na parte alternada do conversor, independentemente de perturbações na parte contínua. A robustez do conversor é então melhorada.

[033] Ao regular ambas a tensão no ponto de conexão do conversor à rede de alimentação de energia elétrica contínua como da tensão nos terminais de cada capacitor modelado pode atuar ainda mais sobre a estabilidade da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Isto controla quaisquer perturbações na potência de aparecerem subitamente sobre a rede de alimentação de energia elétrica contínua e a qual poderia causar variações consideráveis na tensão sobre a dita rede.

[034] A título de vantagem, o computador é configurado para calcular o ponto de ajuste interno para comando através da aplicação de uma função derivada e uma função de filtragem. Uma vantagem é que a aplicação de tal função de filtragem consome poucos recursos de cálculo. Além disso, a filtragem dispensa ruídos de medição que podem danificar o conversor ao ser controlado.

[035] A função de filtragem é preferencialmente um filtro da primeira ordem, que permite que os ruídos de medição sejam filtrados de forma ainda mais eficaz.

[036] Vantajosamente, o parâmetro de entrada ajustável é um coeficiente de inércia virtual ajustável kVC . Além disso, modificar esse parâmetro kVC equivale praticamente a modificar a capacidade do capacitor virtual e, portanto, contribuir para a estabilidade da rede de alimentação de energia elétrica contínua. Uma vantagem é propor um grau adicional de liberdade no controle da energia interna do conversor MMC. A capacidade do capacitor virtual pode especialmente assumir valores muito elevados, sem restrições materiais adicionais.

[037] De acordo com uma primeira variante, o ponto de ajuste interno para comando é um ponto de ajuste interno da potência P∗W . Nesta configuração o conversor é controlado em termos de potência. Uma vantagem é que o computador fornece diretamente um ponto de ajuste da potência, o qual dispensa especialmente com uma etapa de cálculo intermediária de um ponto de ajuste de energia interna do conversor, como é o caso nos documentos da técnica anterior. Determinar esse ponto de ajuste interno da potência é, portanto, fácil, assim como a regulagem da energia interna.

[038] De uma maneira particularmente vantajosa, o computador é configurado para calcular o ponto de ajuste interno da potência P∗W do conversor de acordo com a função:

em que Ceq = 6Ctot e Ctot é a capacidade total em um braço do capacitor modelado, vdc é a tensão no ponto de conexão do conversor à rede de alimentação de energia elétrica contínua e τ é uma constante de tempo. O s no numerador representa a função derivada e a função de filtragem consiste 1 em: . 1+τs

[039] Entende-se que a capacidade CVC do capacitor virtual é expressa como: 𝐶𝑉𝐶 = 6𝐶𝑡𝑜𝑡 𝑘𝑉𝐶 ∗

[040] O ponto de ajuste interno da potência 𝑃𝑊 é ∗ preferencialmente utilizado para determinar um ponto de ajuste da potência 𝑃𝑑𝑐 a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica contínua. ∗ Através da determinação desta potência, notada 𝑃𝑑𝑐 , entende-se que o computador contribui para a regulagem da potência interna, e, portanto, da energia interna do conversor, ocorrendo na parte contínua do dito conversor.

Uma vantagem é eu no caso de perturbações na rede de energia elétrica alternada ou na parte alternada do conversor, o computador sempre regula a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e a tensão nos terminais de cada capacitor modelado ao abastecer o ponto de ajuste interno da potência na parte contínua do conversor.

Como consequência, o efeito da capacidade virtual descrito anteriormente é mantido, estabilizando a rede de abastecimento contínua. A robustez do conversor é então melhorada.

[041] De acordo com uma segunda variante, o ponto de ajuste ∗ interno para comando é um ponto de ajuste interno para corrente 𝐼𝑊 . Nesta configuração o conversor é controlado em termos de corrente.

[042] A título de vantagem, o computador é configurado para

∗ calcular o ponto de ajuste interno para corrente 𝐼𝑊 de acordo com a função: em que 𝐶𝑒𝑞 = 6𝐶𝑡𝑜𝑡 𝑒 𝐶𝑡𝑜𝑡 é a capacidade total em um braço do capacitor modelado, 𝑣𝑑𝑐 é a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e 𝜏 é uma constante de tempo.

[043] Preferencialmente, o ponto de ajuste interno para corrente ∗ ∗ 𝐼𝑊 é utilizado para determinar um ponto de ajuste de corrente 𝐼𝑑𝑐 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua. Através da ∗ determinação deste ponto de ajuste de corrente 𝐼𝑑𝑐 , entende-se que o computador contribui para a regulagem da corrente, e, portanto, da energia interna do conversor ao ocorrer na parte contínua do dito conversor.

[044] Consequentemente, o efeito de capacidade virtual descrito anteriormente, para estabilizar a rede de abastecimento contínua, é mantido, apesar de quaisquer perturbações na rede de energia elétrica alternada ou na parte alternada do conversor. A robustez do conversor é, portanto, melhorada.

[045] Em uma determinada realização, o módulo de gestão de energia recebe na entrada o resultado da comparação entre um ponto de ajuste de tensão nos terminais de cada capacitor modelado, ao quadrado, e uma média do quadrado das tensões nos terminais dos capacitores modelados. O módulo de gestão de energia liga, portanto, a tensão nos terminais de cada capacitor modelado, ao quadrado, a partir de um valor do ponto de ajuste desta tensão.

Em particular, o ponto de ajuste de tensão nos terminais de cada capacitor ∗ modelado 𝑣𝑐𝛴 é expresso como: em que 𝑊𝛴∗ é um ponto de ajuste de energia interna arbitrariamente selecionado.

[046] O módulo de controle está preferencialmente configurado para fazer uma mudança na variável para controlar variáveis intermediárias na corrente 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 e 𝑖𝑔𝑑 e na tensão 𝑣𝑑𝑖𝑓𝑓 𝑒 𝑣𝑔𝑑 , em que 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 𝑒 𝑣𝑑𝑖𝑓𝑓 são conectados à rede de alimentação de energia elétrica contínua e 𝑖𝑔𝑑 𝑒 𝑣𝑔𝑑 são conectados à rede de alimentação de energia elétrica alternada.

[047] De um modo não limitante, no caso de um conversor de energia contínua em energia alternada, estas variáveis expressam a variação na energia interna do conversor na forma de:

[048] Esta expressão reflete especialmente a avaria do conversor MMC em uma peça imaginária direta na entrada, conectada à rede contínua e associada com o termo ∑3𝑖=1 2𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓𝑖 𝑣𝑑𝑖𝑓𝑓 o qual corresponde à potência da parte contínua e uma peça imaginária alternada na saída, conectada à rede alternada e associada com o termo 𝑖𝑔𝑑 𝑣𝑔𝑑 o qual corresponde a potência da parte alternada.

[049] Vantajosamente, o módulo de controle compreende um ∗ regulador da corrente 𝑖𝑔𝑑 que tem na entrada um ponto de ajuste 𝑖𝑔𝑑 correspondente a corrente 𝑖𝑔𝑑 . O regulador liga a corrente 𝑖𝑔𝑑 ao fazê-la tender ∗ em direção ao seu ponto de ajuste 𝑖𝑔𝑑 . A regulagem da variável 𝑖𝑔𝑑 equivale a regulagem das transferências de potência alternada na entrada ou na saída de acordo com a configuração do conversor.

[050] A título de vantagem, o módulo de controle compreende um ∗ regulador da corrente 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 que tem na entrada um ponto de ajuste 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 correspondente à corrente 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 . O regulador liga a corrente 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 ao fazê-la ∗ tender em direção ao seu ponto de ajuste 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 . Regular a variável 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 equivale a regular transferências de potência contínua na entrada ou na saída de acordo com a configuração do conversor.

[051] De um modo não limitante, as variáveis 𝑖𝑔𝑑 𝑒 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 podem ser controladas independentemente. Entende-se que a regulagem 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 𝑒 𝑖𝑔𝑑 regula transferências de potências de entrada e de saída respectivamente, e, consequentemente, controla a energia interna do conversor armazenada nos capacitores dos submódulos.

[052] Preferencialmente, o módulo de controle compreende um regulador de tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua configurado para determinar um ponto de ajuste da potência para regulagem da tensão contínua do dito conversor como uma função de um ponto de ajuste de tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e de um valor de tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua obtido na dita rede de alimentação de energia elétrica contínua.

Uma vantagem deste regulador é que o mesmo pode ligar a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 𝒗𝒅𝒄 ao fazer seu valor tender para um ponto de ajuste de tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 𝒗∗𝒅𝒄 .

[053] A invenção também refere-se a um processo de controle de um conversor de tensão multinível modular, em que o conversor converte tensão alternada em tensão contínua e o inverso, e que compreende uma autodenominada parte contínua destinada a ser conectada à rede de alimentação de energia elétrica contínua e uma autodenominada parte alternada destinada a ser conectada a uma rede de energia elétrica alternada, em que o conversor compreende uma pluralidade de pernas, cada perna compreendendo um braço superior e um braço inferior, cada braço compreendendo uma pluralidade de submódulos controlável individualmente por um membro de controle do submódulo e compreendendo um capacitor conectado em série ao braço em um estado controlado do membro de controle do submódulo, cujo cada braço pode ser modelado por uma fonte de tensão modelada conectada a um ciclo de funcionamento dependente de vários capacitores colocado em série no braço, estando cada fonte de tensão modelada conectada em paralelo a um capacitor modelado correspondente a uma capacidade total do braço, o processo compreendendo, adicionalmente, o cálculo de um ponto de ajuste interno da potência do conversor através da aplicação de uma função que tem um parâmetro de entrada ajustável, o processo compreendendo: • uma etapa para determinar um ponto de ajuste de potência operacional como uma função da tensão nos terminais de cada capacitor modelado; • uma etapa para determinar um ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada a partir do ponto de ajuste de potência operacional; e • uma etapa para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e da tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do dito ponto de ajuste interno da potência e do dito ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.

[054] Vantajosamente, o parâmetro de entrada ajustável é um coeficiente de inércia virtual ajustável 𝑘𝑉𝐶 .

[055] A invenção também refere-se a um módulo de controle para um conversor multinível modular tal como definido acima e compreende um computador de um ponto de ajuste interno para comando do conversor através da aplicação de uma função tendo um parâmetro de entrada ajustável, o módulo de controle compreendendo, adicionalmente, um módulo de gestão de energia configurado para proporcionar um ponto de ajuste de potência operacional como uma função da tensão nos terminais de cada capacitor modelado, sendo o ponto de ajuste de potência operacional utilizado pra determinar um ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada, estando o módulo de controle configurado para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e a tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do ponto de ajuste interno para comando e do ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[056] A invenção será mais claramente entendida a partir da descrição das realizações da invenção a seguir dada a título de exemplos, não limitativa, em referência aos desenhos em anexo, nos quais: - A Figura 1, já descrita, ilustra um conversor multinível modular trifásico de acordo com a técnica anterior; - A Figura 2, já descrita, ilustra um submódulo de um conversor multinível modular de acordo com a técnica anterior; - A Figura 3, já descrita, ilustra um circuito equivalente a um braço de um Conversor MMC de acordo com a técnica anterior; - A Figura 4, já descrita, indica uma configuração equivalente de um conversor multinível modular de acordo com a técnica anterior; - A Figura 5 ilustra uma representação equivalente e esquemática de um conversor multinível modular de acordo com a invenção; - A Figura 6 ilustra uma primeira realização de um conversor multinível modular equipado com um módulo de controle de acordo com a invenção; - A Figura 7 ilustra um computador do conversor da Figura 6; - A Figura 8 ilustra a evolução da potência das redes de alimentação elétrica alternadas e contínua em resposta a perturbação, para um conversor de uma técnica anterior;

- A Figura 9 ilustra a evolução da potência das redes de alimentação elétrica alternadas e contínuas em resposta a uma perturbação, para um conversor de acordo com a invenção; - A Figura 10 ilustra a evolução da energia interna em resposta a dita perturbação, para um conversor de uma técnica anterior; - A Figura 11 ilustra a evolução da energia interna em resposta a dita perturbação, para um conversor de acordo com a invenção; - A Figura 12 ilustra uma segunda realização de um conversor multinível modular equipado com um módulo de controle de acordo com a invenção; e - A Figura 13 ilustra um computador do conversor da Figura 12.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[057] A invenção refere-se a um conversor multinível modular equipado com um módulo de controle, cujo circuito de comportamento equivalente está ilustrado na Figura 5. De um modo não limitante esta Figura ilustra um Conversor MMC 10 de potência contínua em potência alternada. Neste exemplo, é evidente que esse conversor 10 compreende uma parte alternada 10A, conectada a uma rede de energia elétrica alternada 110, na parte esquerda do diagrama. A parte direita do diagrama indica que o conversor 10 compreende uma parte contínua 10C conectada a uma rede de alimentação de energia elétrica contínua 120.

[058] Vê-se que um capacitor virtual 𝑪𝑽𝑰 tendo capacidade ajustável (posto livremente e por razões de simplicidade, a mesma notação será utilizada para designar o capacitor e sua capacidade) está conectado em paralelo à rede de alimentação de energia elétrica contínua 120. Virtual significa que esse capacitor não é fisicamente implantado no conversor 10, o qual compreende apenas capacitores de submódulos. Pelo contrário, o módulo de controle de acordo com a invenção atinge operação de conversão similar àquela de um conversor equipado com esse capacitor virtual: ao regular um coeficiente de inércia virtual 𝒌𝑽𝑪 , o qual não aparece na Figura 5, e que é um parâmetro ajustável, melhora a estabilidade da rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 e o comportamento do conversor é similar ao de um conversor em que um capacitor virtual 𝑪𝑽𝑰 de capacidade ajustável é colocado em paralelo com a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120.

[059] O diagrama da Figura 5 ilustra também transferências de potências entre o conversor 10 e as redes de alimentação elétrica contínuas e alternadas 120 e 110. Desta modo, 𝑷𝒍 é a potência proveniente de outras estações da rede de alimentação de energia elétrica contínua e simboliza perturbação súbita na potência sobre a rede contínua, 𝑷𝒅𝒄 é a potência extraída a partir da rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, 𝑷𝒂𝒄 é a potência transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada 110, 𝑷𝑪 é a potência absorvida pela capacidade 𝑪𝒅𝒄 da rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 e 𝑷𝑾 pode ser considerado como a potência absorvida pelo capacitor virtual 𝑪𝑽𝑰 . Além disso, 𝒗𝒅𝒄 é a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua. 𝒊𝒈 é a corrente da rede de energia elétrica alternada e 𝒊𝒅𝒄 é a corrente da rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[060] No conversor MMC 10 de acordo com a invenção, e em contraste com um conversor MMC de uma técnica anterior, a potência excedente da rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, notada 𝑷𝑾 , é absorvida pelo capacitor virtual 𝑪𝑽𝑰 e permite que o conversor armazene energia interna 𝑊𝛴 nos capacitores dos submódulos.

[061] O exemplo da Figura 6 ilustra uma primeira realização de um conversor multinível modular 10 equipado com um módulo de controle 20 de acordo com a invenção. Neste exemplo, o conversor é controlado em termos de potência. Ao ligar em circuito fechado, o conversor MMC 10 é configurado para regular a tensão 𝒗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 e a tensão 𝒗𝒄𝜮 nos terminais de cada capacitor modelado.

[062] O módulo de controle 20 compreende um computador 22 configurado para calcular um ponto de ajuste interno da potência 𝑷∗𝑾 para os capacitores dos submódulos dos braços. Esse ponto de ajuste interno da potência 𝑷∗𝑾 é calculado a partir de um coeficiente de inércia virtual ajustável 𝒌𝑽𝑪 , na entrada do computador 22, e a partir de um valor nominal da tensão 𝒗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, ao quadrado.

[063] Um exemplo de um computador 22 de um ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝑾 está indicado na Figura 7. Esta Figura indica que o dito ponto de ajuste interno da potência 𝑷∗𝑾 é determinado de acordo com a fórmula: em que 𝐶𝑒𝑞 = 6𝐶𝑡𝑜𝑡 𝑒 𝐶𝑡𝑜𝑡 é a capacidade total em um braço do capacitor modelado, 𝑣𝑑𝑐 é a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e 𝜏 é uma constante de tempo.

No numerador as letras 𝑠 representam a função derivada e a função de filtragem consiste em:

[064] Em particular, o módulo de controle 20 de acordo com a invenção dispensa uma etapa intermediária para determinar um ponto de ajuste de energia interna executado na técnica anterior.

[065] O dito ponto de ajuste interno da potência 𝑷∗𝑾 é utilizado para determinar um ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒅𝒄 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua. Entende-se que o computador 22 contribui para regulagem da potência interna, e, portanto, da energia interna do conversor 10 ao ocorrer sobre a parte contínua 10C do dito conversor. Uma vantagem é que no caso de perturbação na rede de energia elétrica alternada 110 ou na parte alternada 10A do conversor, o computador 22 sempre regula a tensão 𝑣𝑑𝑐 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e a tensão 𝒗𝒄𝜮 nos terminais de cada capacitor modelado ao fornecer o ponto de ajuste da potência a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 𝑷∗𝒅𝒄 na parte contínua do conversor.

[066] Além disso, o módulo de controle 20 do conversor 10 também compreende um módulo de gestão de potência 24 configurado para proporcionar um ponto de ajuste de potência operacional 𝑷∗𝒇 . O módulo de gestão de potência 24 recebe na entrada a comparação entre um ponto de ajuste de tensão 𝒗∗𝒄𝜮 nos terminais de cada capacitor modelado, ao quadrado, e uma média do quadrado das tensões nos terminais dos capacitores modelados, também ao quadrado. Sem se afastar do escopo da invenção, a média pode ser calculada de diferentes modos. No exemplo não limitante ilustrado na Figura 6, a média é calculada como sendo a soma dos quadrados das tensões dos capacitores modelados em cada braço, dividido por seis (o conversor compreendendo seis braços).

[067] O ponto de ajuste de tensão nos terminais de cada capacitor modelado 𝒗∗𝒄𝜮 é expresso como:

[068] O dito ponto de ajuste de tensão 𝒗∗𝒄𝜮 nos terminais de cada capacitor modelado é, portanto, obtido a partir de um ponto de ajuste de energia interna 𝑾∗𝜮 do conversor, fixado arbitrariamente.

[069] O dito ponto de ajuste de potência operacional 𝑷∗𝒇 é utilizado para determinar um ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒂𝒄 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada 110. Entende-se que o módulo 24 permite a gestão da energia interna do conversor 10 ao ocorrer na parte alternada 10A do dito conversor. Uma vantagem é que mesmo na presença de perturbação na rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 ou na parte contínua 10C do conversor 10, o módulo de gestão de potência 24 regula efetivamente a tensão 𝒗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 e a tensão 𝒗𝒄𝜮 nos terminais de cada capacitor modelado ao fornecer o ponto de ajuste da potência a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada 𝑷∗𝒂𝒄 na parte alternada do conversor 10.

[070] A Figura 6 também indica que o módulo de controle 20 compreende um regulador de tensão 26 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, tendo na entrada o resultado da comparação entre um ponto de ajuste de tensão 𝒗∗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor 10 para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, ao quadrado, e um valor 𝒗𝒅𝒄 coletado na rede de alimentação de energia elétrica contínua, também ao quadrado. Um regulador de tensão 26 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 proporciona um ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒎 para regulagem da tensão contínua do dito conversor 10. O dito ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒎 para regulagem da tensão contínua do dito conversor é então comparado ao ponto de ajuste de potência operacional 𝑷∗𝒇 para determinar o ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒂𝒄 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada

110.

[071] Similarmente, o ponto de ajuste interno da potência 𝑷∗𝑾 é comparado ao ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒎 para regulagem da tensão contínua do dito conversor para determinar o ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒅𝒄 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[072] Além disso, o módulo de controle 20 compreende um regulador 28 da corrente alternada 𝒊𝒈𝒅 que tem na entrada um ponto de ajuste 𝒊∗𝒈𝒅 , e um regulador 30 da corrente 𝒊𝒅𝒊𝒇𝒇 que tem na entrada um ponto de ajuste 𝒊∗𝒅𝒊𝒇𝒇 .

[073] De acordo com a Figura 3, sabe-se que é possível modelar os submódulos de um braço através de uma fonte de tensão modelada conectada em paralelo a um capacitor modelado de tal modo que as fontes de tensões modeladas em seus terminais uma tensão 𝒗𝒎𝒙𝒊 (com x indicando se o braço é superior ou inferior e i indicando as pernas). Os reguladores de corrente 28 e 30 proporcionam pontos de ajuste de tensão 𝒗∗𝒅𝒊𝒇𝒇 𝑒 𝒗∗𝒗 usados após uma mudança na variável, por um membro de modulação 32 e dois membros de equilíbrio 34a e 34b por meio de um algoritmo de controle (“BCA: Algoritmo de Controle de Balanceamento”), para regular tensões 𝒗𝒎𝒙𝒊 nos terminais das fontes de tensões modeladas. Isto controla os submódulos dos braços, ou não.

A tensão é, portanto, controlada nos terminais dos capacitores modelados 𝒗𝒄𝜮𝒙𝒊 assim como a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 𝒗𝒅𝒄 .

[074] Ao fazer o coeficiente de inércia virtual 𝒌𝑽𝑪 variar na entrada do computador pode, portanto, influenciar diretamente a tensão da rede de alimentação de energia elétrica contínua 𝒗𝒅𝒄 e a inércia desta rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[075] O diagrama da Figura 6 ilustra o controle de potências ativas para controle do conversor. De um modo não limitante, controle das potências reativas pode ser fornecido, em paralelo com controle de potências ativas, independentemente do efeito do “capacitor virtual”.

[076] As Figuras 8 a 11 ilustram os resultados de simulação do comportamento de um conversor multinível modular 10 equipado com um módulo de controle 20 de acordo com a invenção e em particular simulação por controle de potência. Nesta simulação, um sistema de teste foi criado em que a parte contínua do conversor é conectada a uma fonte ideal de potência contínua, simulando uma rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, enquanto a parte alternada do conversor é conectada a uma fonte de potência alternada, simulando uma rede de energia elétrica alternada 110. Um escalão de potência é aplicado na rede contínua simulada, simulando perturbação na dita rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[077] A Figura 8 indica a evolução da potência 𝑷𝒂𝒄 da rede de energia elétrica alternada em linhas pontilhadas e, em linhas sólidas, é indicada a evolução da potência 𝑷𝒅𝒄 da rede de alimentação de energia elétrica contínua em resposta a perturbação aplicada, para um conversor de uma técnica anterior.

Esta evolução da potência 𝑷𝒅𝒄 da rede de alimentação de energia elétrica contínua reflete o efeito de “capacidade virtual”, em que o conversor tem um comportamento equivalente ao de um capacitor virtual disposto em paralelo com a rede de alimentação de energia elétrica contínua. A Figura 9 ilustra as mesmas magnitudes para um conversor de acordo com a invenção.

[078] As Figuras 8 e 9 revelam que na presença de perturbação na rede de alimentação de energia elétrica contínua, a evolução da potência 𝑷𝒅𝒄 da rede de alimentação de energia elétrica contínua é idêntica para o conversor de uma técnica anterior e para o conversor de acordo com a invenção. O conversor de acordo com a invenção produz, portanto, um efeito de “capacidade virtual” e é entendido como um capacitor virtual disposto em paralelo para a rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[079] A Figura 10 ilustra a evolução da energia interna armazenada nos capacitores dos submódulos de um conversor de uma técnica anterior, em resposta a perturbação aplicada.

[080] A Figura 11 ilustra a evolução da energia interna armazenada nos capacitores dos submódulos de um conversor de acordo com a invenção, em resposta a perturbação aplicada.

[081] É evidente, por causa do conversor de acordo com a invenção, que a energia é mais bem regulada e que não aumenta subitamente e abruptamente, como na técnica anterior. Em particular, por causa da invenção, a energia interna do conversor tende mais rapidamente em direção ao seu valor nominal. A energia interna do conversor é, portanto, mais bem controlada por causa do módulo de controle de acordo com a invenção, e especialmente por causa do módulo de gestão de energia. Na verdade, esta última ocorre na parte alternada do conversor e efetivamente controla a energia interna do conversor apesar da perturbação na rede de alimentação de energia elétrica contínua.

[082] A Figura 12 ilustra uma segunda realização de um conversor 10’ de acordo com a invenção, equipado com um módulo de controle 20’ de acordo com a invenção. Neste exemplo, o conversor é controlado em termos de corrente. Como no exemplo da Figura 6, o módulo de controle compreende um módulo de gestão de potência 24’ configurado para proporcionar um ponto de ajuste de potência operacional 𝑷∗𝒇 . O mesmo também compreende um regulador 28’ da corrente alternada 𝒊𝒈𝒅 , um membro de modulação 32’ e dois membros de equilíbrio 34a’ e 34b’.

[083] Nesta realização, o módulo de controle 20’ compreende um computador 22’ configurado para calcular um ponto de ajuste interno para corrente 𝑰∗𝑾 para os capacitores dos submódulos dos braços.

[084] Tal computador é ilustrado na Figura 13. Como é evidente a partir desta Figura, o ponto de ajuste interno para corrente 𝑰∗𝑾 é calculado a partir de um coeficiente de inércia virtual ajustável 𝒌𝑽𝑪 , na entrada do computador 22’, e um valor nominal da tensão 𝒗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120. Esse computador 22’ também executa uma função derivada e um filtro da primeira ordem.

[085] O módulo de controle 20’ compreende ainda um regulador 26’ da tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, recebendo na entrada o resultado da comparação entre um ponto de ajuste de tensão 𝒗∗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor 10 para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120 e um valor 𝒗𝒅𝒄 coletado na rede de alimentação de energia elétrica contínua. O regulador 26’ proporciona um ponto de ajuste da potência 𝑷∗𝒎 para regular a tensão contínua do dito conversor 10.

[086] O módulo de controle 20’ adicionalmente compreende a módulo divisor 36 para dividir a dita potência 𝑷∗𝒎 por um valor nominal da tensão 𝒗𝒅𝒄 no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua 120, de modo a determinar a ponto de ajuste operacional para corrente 𝑰∗𝒎 . O dito ponto de ajuste operacional para corrente 𝑰∗𝒎 é então comparado ao ponto de ajuste interno para corrente 𝑰∗𝑾 para determinar um ponto de ajuste de corrente 𝑰∗𝒅𝒄 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. CONVERSOR DE TENSÃO MULTINÍVEL MODULAR (10, 10’) para converter tensão alternada em tensão contínua e o inverso, que compreende uma autodenominada parte contínua (10C) destinada a ser conectada a uma rede de alimentação de energia elétrica contínua (120) e uma autodenominada parte alternada (10A) destinada a ser conectada a uma rede de energia elétrica alternada (110), em que o conversor compreende uma pluralidade de pernas, cada perna compreendendo um braço superior e um braço inferior, cada braço compreendendo uma pluralidade de submódulos controláveis individualmente por um membro de controle específico para cada submódulo e cada submódulo compreendendo um capacitor conectável em série ao braço quando o membro de controle do submódulo está em um estado controlado, cada braço que pode ser modelado por uma fonte de tensão modelada conectado a um ciclo de funcionamento dependente de vários capacitores colocados em série no braço, cada fonte de tensão modelada sendo conectada em paralelo a um capacitor modelado correspondente a uma capacidade total do braço, o conversor compreendendo, adicionalmente, um módulo de controle (20, 20’) do conversor que compreende um computador (22, 22’) de um ponto de ajuste interno para comando (𝑃𝑤∗ , 𝐼𝑤∗ ) do conversor através da aplicação de uma função tendo um parâmetro de entrada ajustável, caracterizado pelo módulo de controle do conversor compreender, adicionalmente, um módulo de gestão de energia (24, 24’) configurado para fornecer um ponto de ajuste de potência operacional (𝑃𝑓∗ ) como uma função da tensão nos terminais de cada capacitor modelado, sendo o ponto de ajuste de potência operacional utilizado para determinar um ponto de ajuste da potência ∗ (𝑃𝑎𝑐 ) a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada, sendo o módulo de controle configurado para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e a tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do ponto de ajuste interno para comando e do ponto de ajuste da potência a serem transmitidos para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.

2. CONVERSOR, de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo computador (22) estar configurado para calcular o ponto de ajuste interno para comando (𝑃𝑤∗ , 𝐼𝑤∗ ) através da aplicação de uma função derivada e de uma função de filtragem.

3. CONVERSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo parâmetro de entrada ajustável ser um coeficiente de inércia virtual ajustável 𝑘𝑉𝐶 .

4. CONVERSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo ponto de ajuste interno para comando ∗ ser um ponto de ajuste interno da potência 𝑃𝑊 .

5. CONVERSOR, de acordo com reivindicação 4, caracterizado pelo computador (22) estar configurado para calcular o ponto de ∗ ajuste interno da potência 𝑃𝑊 do conversor, de acordo com a função: ∗ 1 2 𝑠 𝑃𝑊 = 𝐶𝑒𝑞 𝑘𝑉𝐶 × (𝑣𝑑𝑐 × ) 2 1 + 𝜏𝑠 em que 𝐶𝑒𝑞 = 6𝐶𝑡𝑜𝑡 e 𝐶𝑡𝑜𝑡 é a capacidade total em um braço do capacitor modelado, 𝑣𝑑𝑐 é a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e 𝜏 é uma constante de tempo.

6. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, ∗ caracterizado pelo ponto de ajuste interno da potência 𝑃𝑊 ser utilizado para ∗ determinar um ponto de ajuste da potência 𝑃𝑑𝑐 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua (120).

7. CONVERSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo ponto de ajuste interno para comando ∗ ser um ponto de ajuste interno para corrente 𝐼𝑊 .

8. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo computador (22’) estar configurado para calcular o ponto de ∗ ajuste interno para corrente 𝐼𝑊 , de acordo com a função: ∗ 𝑠 𝐼𝑊 = 𝐶𝑒𝑞 𝑘𝑉𝐶 × (𝑣𝑑𝑐 × ) 1 + 𝜏𝑠 em que 𝐶𝑒𝑞 = 6𝐶𝑡𝑜𝑡 𝑒 𝐶𝑡𝑜𝑡 é a capacidade total em um braço do capacitor modelado, 𝑣𝑑𝑐 é a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e 𝜏 é uma constante de tempo.

9. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, ∗ caracterizado pelo ponto de ajuste interno para corrente 𝐼𝑊 ser utilizado para ∗ determinar um ponto de ajuste de corrente 𝐼𝑑𝑐 a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica contínua (120).

10. CONVERSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo módulo de gestão de energia (24, 24’) receber na entrada o resultado da comparação entre um ponto de ajuste de tensão nos terminais de cada capacitor modelado, ao quadrado, e uma média do quadrado das tensões nos terminais dos capacitores modelados.

11. CONVERSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo módulo de controle (20, 20’) estar configurado para fazer uma mudança na variável para controlar variáveis intermediárias de corrente 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 e 𝑖𝑔𝑑 e tensão 𝑣𝑑𝑖𝑓𝑓 𝑒 𝑣𝑔𝑑 , em que 𝑖𝑑𝑖𝑓𝑓 𝑒 𝑣𝑑𝑖𝑓𝑓 são relatadas para a rede de alimentação de energia elétrica contínua (120) e 𝑖𝑔𝑑 𝑒 𝑣𝑔𝑑 são relatadas para a rede de alimentação de energia elétrica alternada (110).

12. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo módulo de controle compreender um regulador (28, 28’) da ∗ corrente 𝑖𝑔𝑑 que tem na entrada um ponto de ajuste 𝑖𝑔𝑑 correspondente à corrente 𝑖𝑔𝑑 .

13. CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 11 ou 12,

caracterizado pelo módulo de controle compreender um regulador (30, 30’) da corrente idiff que tem na entrada um ponto de ajuste i∗diff correspondente à corrente idiff .

14. CONVERSOR, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo módulo de controle compreender um regulador (26, 26’) da tensão no ponto de conexão do conversor (10, 10’) para a rede de alimentação de energia elétrica contínua (120) configurado para determinar um ponto de ajuste da potência (Pm∗ ) para regulagem da tensão contínua do dito conversor como uma função de um ponto de ajuste de tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e de um valor de tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua obtida na dita rede de alimentação de energia elétrica contínua.

15. PROCESSO DE CONTROLE DE UM CONVERSOR DE TENSÃO MULTINÍVEL MODULAR (10, 10’), em que o conversor converte tensão alternada em tensão contínua e o inverso, e que compreende uma autodenominada parte contínua (10C) destinada a ser conectada a uma rede de alimentação de energia elétrica contínua (120) e uma autodenominada parte alternada (10A) destinada a ser conectada à rede de energia elétrica alternada (110), o conversor compreendendo uma pluralidade de pernas, cada perna compreendendo um braço superior e um braço inferior, cada braço compreendendo uma pluralidade de submódulos controláveis individualmente por um membro de controle do submódulo e compreendendo um capacitor conectado em série ao braço em um estado controlado do membro de controle do submódulo, sendo cada braço capaz de ser modelado por uma fonte de tensão modelada conectada a um ciclo de funcionamento dependente de vários capacitores colocados em série no braço, sendo cada fonte de tensão modelada conectada em paralelo a um capacitor modelado correspondente a uma capacidade total do braço, em que o processo compreende ainda cálculos de um ponto de ajuste interno para comando do conversor através da aplicação de uma função que tem um parâmetro de entrada ajustável, caracterizado por compreender: • uma etapa para determinar um ponto de ajuste de potência operacional como uma função da tensão nos terminais de cada capacitor modelado; • uma etapa para determinar um ponto de ajuste da potência a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada a partir do ponto de ajuste de potência operacional; e • uma etapa para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua e da tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do dito ponto de ajuste interno para comando e do dito ponto de ajuste da potência a ser transmitida para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.

16. PROCESSO DE CONTROLE DE UM CONVERSOR, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo parâmetro de entrada ajustável ser um coeficiente de inércia virtual ajustável k VC .

17. MÓDULO DE CONTROLE (20, 20’) de um conversor multinível modular (10, 10’) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado por compreender um computador (22, 22’) de um ponto de ajuste interno para comando do conversor através da aplicação de uma função tendo um parâmetro de entrada ajustável, o módulo de controle compreendendo, adicionalmente, um módulo de gestão de energia (24, 24’) configurado para proporcionar um ponto de ajuste de potência operacional como uma função da tensão nos terminais de cada capacitor modelado, sendo o ponto de ajuste de potência operacional utilizado para determinar um ponto de ajuste da potência a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada (110),

estando o módulo de controle configurado para regular a tensão no ponto de conexão do conversor para a rede de alimentação de energia elétrica contínua

(120) e a tensão nos terminais de cada capacitor modelado como uma função do ponto de ajuste interno para comando e do ponto de ajuste da potência a ser transmitido para a rede de alimentação de energia elétrica alternada.