BR112020005181A2 - electricity distribution network - Google Patents

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BR112020005181A2
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electricity distribution
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bidirectional
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BR112020005181-0A
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Inventor
Ian McDonald
Nigel Jakeman
Fainan HASSAN
David Gurwicz
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Turbo Power Systems Ltd
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Abstract

Uma rede de distribuição de energia elétrica compreende pelo menos dois alimentadores de corrente; pelo menos duas cargas, cada uma associada a um dos respectivos alimentadores; pelo menos um módulo conectado eletricamente a dois alimentadores e incluindo: um conversor auxiliar bidirecional; barramento CC, incluindo um capacitor; e um conversor de balanceamento bidirecional conectado em paralelo. O módulo inclui ainda meios para alterar a corrente e a tensão entre os alimentadores e o conversor auxiliar bidirecional e uma conexão elétrica diferencial entre os dois alimentadores e conectados em série com o conversor de balanceamento bidirecional e um controlador configurado para controlar pelo menos um parâmetro de uma corrente elétrica que flui através de ou a partir de cada módulo, a tensão através do ou a partir de cada módulo estando relacionada à diferença máxima de tensão entre dois alimentadores.An electricity distribution network comprises at least two current feeders; at least two loads, each associated with one of the respective feeders; at least one module electrically connected to two feeders and including: a bidirectional auxiliary converter; DC bus, including a capacitor; and a bidirectional balancing converter connected in parallel. The module also includes means to change the current and voltage between the feeders and the bidirectional auxiliary converter and a differential electrical connection between the two feeders and connected in series with the bidirectional balancing converter and a controller configured to control at least one parameter of an electric current flowing through or from each module, the voltage across or from each module being related to the maximum difference in voltage between two feeders.

Description

“REDE DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA” Domínio da Invenção“ELECTRICITY DISTRIBUTION NETWORK” Domain of the Invention

[0001] A presente invenção refere-se a redes de distribuição de energia elétrica e, em particular, ao balanceamento das cargas recebidas por diferentes partes de tais redes. Histórico da Invenção[0001] The present invention relates to electricity distribution networks and, in particular, to the balancing of the loads received by different parts of such networks. History of the Invention

[0002] Há um crescente impulso em direção à geração distribuída de energia; por exemplo, muitos edifícios estão agora equipados com sistemas de energia solar que geram quantidades modestas de energia e que geralmente são devolvidas à rede de distribuição. Os sistemas de energia eólica de pequena escala funcionam de maneira semelhante. No entanto, a rede de distribuição de energia elétrica em muitos países foi projetada para distribuir energia elétrica gerada centralmente para vários usuários dispersos, não para que esses usuários gerassem energia elétrica para devolver à rede de distribuição.[0002] There is a growing impulse towards distributed energy generation; for example, many buildings are now equipped with solar energy systems that generate modest amounts of energy and are generally returned to the distribution network. Small-scale wind power systems work in a similar way. However, the electricity distribution network in many countries was designed to distribute centrally generated electricity to several dispersed users, not for these users to generate electricity to return to the distribution network.

[0003] Há uma necessidade cada vez maior de se adaptar as redes de distribuição de energia elétrica para acomodar a geração de energia elétrica distribuída.[0003] There is an increasing need to adapt the electricity distribution networks to accommodate the generation of distributed electricity.

[0004] As redes de distribuição de energia elétrica compreendem inúmeros alimentadores. À medida que o número de instalações de geração de energia na rede aumenta, aumenta a carga nos alimentadores aos quais essas instalações de geração de energia estão conectadas. Isso é agravado no caso das fontes de eletricidade renováveis, cuja geração de energia é imprevisível. Onde existem muitas instalações solares, mesmo quando cada instalação é pequena, em um dia ensolarado, o alimentador ao qual essas instalações solares estão conectadas pode ser sobrecarregado significativamente.[0004] Electricity distribution networks comprise numerous feeders. As the number of power generation facilities on the network increases, the load on the feeders to which these power generation facilities are connected increases. This is compounded in the case of renewable electricity sources, whose energy generation is unpredictable. Where there are many solar installations, even when each installation is small, on a sunny day, the feeder to which these solar installations are connected can be significantly overloaded.

[0005] Um alimentador também pode ficar sobrecarregado quando há uma quantidade significativa de consumo por usuários conectados a um alimentador específico. À medida que mais equipamentos são eletrificados, sendo os veículos um excelente exemplo, é provável que a eletricidade substitua outras formas de energia, aumentando assim as demandas impostas às redes e alimentadores individuais das mesmas.[0005] A feeder can also become overloaded when there is a significant amount of consumption by users connected to a specific feeder. As more equipment is electrified, with vehicles being an excellent example, electricity is likely to replace other forms of energy, thus increasing the demands placed on individual networks and feeders.

[0006] Com os arranjos de rede atuais, a carga em um alimentador elétrico pode ser alterada ao se alterar a configuração de alimentadores em uma rede de uma configuração radial para uma configuração em malha, amarrando as extremidades dos alimentadores vizinhos diretamente usando um disjuntor mecânico de barramento. No entanto, vários fatores podem dificultar o uso de disjuntores mecânicos de barramento. Por exemplo, a diferença de tensão entre os alimentadores, o comprimento dos alimentadores, a carga total em um alimentador, os níveis de falha nos alimentadores, os desequilíbrios de fase em que o alimentador é um alimentador trifásico, além da distribuição de carga ao longo de um alimentador.[0006] With current network arrangements, the load on an electrical feeder can be changed by changing the configuration of feeders in a network from a radial configuration to a mesh configuration, by tying the ends of neighboring feeders directly using a mechanical breaker bus. However, several factors can hinder the use of mechanical bus circuit breakers. For example, the voltage difference between the feeders, the length of the feeders, the total load on a feeder, the failure levels in the feeders, the phase imbalances in which the feeder is a three-phase feeder, in addition to the load distribution along of a feeder.

[0007] Em alguns casos, soluções eletrônicas de potência foram usadas para mudar a capacidade adicional de um alimentador adjacente para um alimentador sobrecarregado. Quando esses eletrônicos de potência são fornecidos no mesmo local em que um disjuntor de barramento seria fornecido, o arranjo é comumente conhecido como Soft Open Point.[0007] In some cases, electronic power solutions have been used to change the additional capacity of an adjacent feeder to an overloaded feeder. When these power electronics are provided at the same location as a bus circuit breaker, the arrangement is commonly known as Soft Open Point.

[0008] Os eletrônicos de potência atualmente usados nos Soft Open Points são capazes de lidar com a tensão de linha completa. Para aplicações de baixa tensão, os componentes eletrônicos usados nos Soft Open Points são volumosos. Para partes de média e alta tensão das redes de distribuição de eletricidade, o tamanho dos sistemas eletrônicos de energia tornaria o seu uso improvável.[0008] The power electronics currently used in Soft Open Points are capable of handling the complete line voltage. For low voltage applications, the electronic components used in the Soft Open Points are bulky. For medium and high voltage parts of electricity distribution networks, the size of electronic energy systems would make their use unlikely.

[0009] O Requerente desenvolveu um sistema de conversão de balanceamento ativo, ilustrado na Figura 1, a ser usado em redes de baixa tensão. O Soft Open Point ilustrado na Figura 1 é situado em uma rede que compreende uma fonte de alta tensão trifásica à qual estão conectados dois transformadores (que reduzem a tensão para uma tensão baixa e que podem ser considerados como alimentadores), com uma carga sendo conectada a cada um dos transformadores. Cada um dos transformadores também é conectado a um respectivo conversor bidirecional. Os conversores bidirecionais são conectados a um capacitor C1 que forma um barramento CC. Os conversores bidirecionais e o capacitor C1 são classificados para transferir a carga desbalanceada máxima entre os dois transformadores.[0009] The Applicant has developed an active balancing conversion system, illustrated in Figure 1, to be used in low voltage networks. The Soft Open Point illustrated in Figure 1 is located on a network comprising a three-phase high voltage source to which two transformers are connected (which reduce the voltage to a low voltage and which can be considered as feeders), with a load being connected to each of the transformers. Each of the transformers is also connected to a respective bidirectional converter. The bidirectional converters are connected to a C1 capacitor that forms a DC bus. Bidirectional converters and capacitor C1 are rated to transfer the maximum unbalanced load between the two transformers.

[0010] O barramento CC deve exceder a tensão de pico da linha e a corrente máxima de balanceamento pode ser igual à corrente nominal da linha e, portanto, cada conversor ativo deve ter a mesma potência que um dos transformadores de distribuição de baixa tensão. Se o mesmo arranjo fosse usado para compartilhar a carga entre redes de média e alta tensão, o tamanho físico dos componentes necessários aumentaria e ocorreriam maiores perdas de energia.[0010] The DC bus must exceed the peak voltage of the line and the maximum balancing current can be equal to the nominal current of the line and, therefore, each active converter must have the same power as one of the low voltage distribution transformers. If the same arrangement were used to share the load between medium and high voltage networks, the physical size of the necessary components would increase and greater energy losses would occur.

[0011] O documento DE10103031 descreve um sistema de uma rede de alta potência que usa dois conversores bidirecionais como conversores multinível modulares.[0011] Document DE10103031 describes a system of a high power network that uses two bidirectional converters as modular multilevel converters.

[0012] O documento US20160141876 descreve um conversor de braço alternativo a ser usado na transmissão de energia de corrente contínua de alta tensão e compensação de energia reativa e um método para controlar esse conversor de braço alternativo. O conversor de braço alternativo inclui uma combinação de comutadores semicondutores conectados em série e módulos conversores de ponte completa conectados em série. Os comutadores em série direcionam o fluxo de energia de uma ramificação da rede, enquanto os módulos de ponte completa permitem uma operação em vários níveis.[0012] The document US20160141876 describes an alternative arm converter to be used in the transmission of high voltage direct current energy and reactive energy compensation and a method to control this alternative arm converter. The alternate arm converter includes a combination of semiconductor switches connected in series and full bridge converter modules connected in series. Serial switches direct the flow of energy from a network branch, while full bridge modules allow multi-level operation.

[0013] O documento US2017/0141694 descreve um sistema de gerenciamento de energia utilizando uma pré-carga de baixa tensão. A fonte de baixa tensão fornece uma corrente de carregamento para pilhas eletricamente isoladas.[0013] The document US2017 / 0141694 describes an energy management system using a low voltage preload. The low voltage source provides a charging current for electrically isolated batteries.

[0014] O documento US2013/0024043 descreve um método de implementação por computador que configura e reconfigura parâmetros de dispositivos de automação de distribuição que fazem parte de uma topologia de grade.[0014] The document US2013 / 0024043 describes a computer implementation method that configures and reconfigures parameters of distribution automation devices that are part of a grid topology.

[0015] O documento US2015/0314696 descreve um método e sistema de controle coordenado que pode acomodar recursos de energia distribuídos e o carregamento de veículos elétricos.[0015] Document US2015 / 0314696 describes a method and coordinated control system that can accommodate distributed energy resources and the charging of electric vehicles.

[0016] No entanto, todas as soluções supramencionadas têm desvantagens associadas a elas. Por exemplo, nas disposições descritas em DE10103031 e US20160141876, os conversores de energia bidirecionais são classificados com a mesma potência que o alimentador, limitando, portanto, seu uso em redes de distribuição de alta potência.[0016] However, all the solutions mentioned above have disadvantages associated with them. For example, in the provisions described in DE10103031 and US20160141876, bidirectional energy converters are rated with the same power as the feeder, thus limiting their use in high power distribution networks.

[0017] Seria desejável fornecer um sistema de controle que proporcionasse o balanceamento da carga entre os transformadores dos alimentadores vizinhos. Esse sistema permitiria que as redes de distribuição convencionais fossem aprimoradas para que pudessem lidar com as novas demandas que estão sendo impostas a elas. Sumário da Invenção[0017] It would be desirable to provide a control system that would provide load balancing between the transformers of the neighboring feeders. This system would allow conventional distribution networks to be improved so that they can deal with the new demands that are being imposed on them. Summary of the Invention

[0018] De acordo com a invenção, dispõe-se de uma rede de distribuição de energia elétrica que compreende: pelo menos dois alimentadores que carregam corrente; pelo menos duas cargas, cada uma associada a um dos respectivos alimentadores; pelo menos um módulo conectado eletricamente a dois alimentadores e incluindo: um conversor auxiliar bidirecional; barramento CC, incluindo um capacitor; e um conversor de balanceamento bidirecional conectado em paralelo; o módulo inclui ainda meios para alterar a corrente e a tensão entre os alimentadores e o conversor auxiliar bidirecional e uma conexão elétrica diferencial entre os dois alimentadores e conectados em série com o conversor de balanceamento bidirecional; um controlador configurado para controlar pelo menos um parâmetro de uma corrente elétrica que flui através de ou a partir de cada módulo, a tensão através de ou a partir de cada módulo sendo relacionada à diferença máxima de tensão entre dois dos alimentadores.[0018] According to the invention, there is an electricity distribution network comprising: at least two feeders that carry current; at least two loads, each associated with one of the respective feeders; at least one module electrically connected to two feeders and including: a bidirectional auxiliary converter; DC bus, including a capacitor; and a bidirectional balancing converter connected in parallel; the module also includes means to change the current and voltage between the feeders and the bidirectional auxiliary converter and a differential electrical connection between the two feeders and connected in series with the bidirectional balancing converter; a controller configured to control at least one parameter of an electric current flowing through or from each module, the voltage across or from each module being related to the maximum voltage difference between two of the feeders.

[0019] De preferência, o conversor de balanceamento bidirecional é monofásico.[0019] Preferably, the bidirectional balancing converter is single-phase.

[0020] Vantajosamente, os dois alimentadores são alimentadores trifásicos; três módulos são conectados às respectivas fases dos alimentadores; e o conversor auxiliar bidirecional é um conversor trifásico.[0020] Advantageously, the two feeders are three-phase feeders; three modules are connected to the respective phases of the feeders; and the bidirectional auxiliary converter is a three-phase converter.

[0021] O módulo pode compreender uma pluralidade de submódulos conectados em paralelo, cada submódulo compreendendo um conversor auxiliar bidirecional, um barramento CC incluindo um capacitor e um conversor de balanceamento bidirecional conectado em paralelo, com o submódulo incluindo ainda meios para alterar a corrente e a tensão entre os alimentadores e o conversor auxiliar bidirecional.[0021] The module may comprise a plurality of submodules connected in parallel, each submodule comprising a bidirectional auxiliary converter, a DC bus including a capacitor and a bidirectional balancing converter connected in parallel, with the submodule also including means for changing the current and the voltage between the feeders and the bidirectional auxiliary converter.

[0022] De preferência, um transformador abaixador é o meio através do qual a corrente de entrada e a tensão do conversor auxiliar bidirecional são alteradas.[0022] Preferably, a step-down transformer is the means by which the input current and the voltage of the bidirectional auxiliary converter are changed.

[0023] O transformador abaixador pode compreender um único delta primário com três secundários conectados em estrela isolados, cada um alimentando de maneira secundária um módulo respectivo dos três.[0023] The step-down transformer may comprise a single primary delta with three isolated star-connected secondary ones, each supplying a respective module of the three in a secondary manner.

[0024] O transformador abaixador pode compreender um único transformador e três conversores CC/CC bidirecionais de alta frequência isolados, cada conversor CC/CC sendo associado a uma respectiva das três fases.[0024] The step-down transformer can comprise a single transformer and three isolated high-frequency bidirectional DC / DC converters, each DC / DC converter being associated with a respective of the three phases.

[0025] De preferência, um conversor CC/CC é o meio através do qual a corrente de entrada e a tensão do conversor auxiliar bidirecional são alteradas.[0025] Preferably, a DC / DC converter is the means by which the input current and the voltage of the bidirectional auxiliary converter are changed.

[0026] O conversor auxiliar e o conversor de balanceamento podem incluir dispositivos semicondutores de comutação forçada.[0026] The auxiliary converter and the balancing converter can include semiconductor devices with forced switching.

[0027] Os dispositivos de comutação forçada podem ser compostos por um material semicondutor, como carboneto de silício.[0027] Forced switching devices can be composed of a semiconductor material, such as silicon carbide.

[0028] De preferência, os dispositivos de comutação forçada são selecionados a partir do grupo que compreende: transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), tiristores comutados de porta integrada (GTOs) e transistores de efeito de campo semicondutor de óxido de metal (MOSFETs).[0028] Preferably, forced switching devices are selected from the group comprising: bipolar isolated port transistors (IGBTs), integrated port switched thyristors (GTOs) and metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs ).

[0029] De preferência, o conversor auxiliar e o conversor de balanceamento são configurados para operar em frequências de até 100 kHz.[0029] Preferably, the auxiliary converter and the balancing converter are configured to operate at frequencies up to 100 kHz.

[0030] Vantajosamente, a conexão elétrica entre os dois alimentadores inclui um meio de detecção da condição de falha e de proteção.[0030] Advantageously, the electrical connection between the two feeders includes a means of detecting the fault and protection condition.

[0031] É preferível que os meios de detecção da condição de falha e de proteção compreendam um reator saturável ou uma pluralidade de comutadores semicondutores de alta tensão conectados em série.[0031] It is preferable that the means of detecting the fault condition and protection comprise a saturable reactor or a plurality of high voltage semiconductor switches connected in series.

[0032] O parâmetro controlável pode ser selecionado a partir do grupo que compreende: magnitude da tensão, ângulo de fase, potência ativa e potência reativa.[0032] The controllable parameter can be selected from the group comprising: voltage magnitude, phase angle, active power and reactive power.

[0033] Em uma forma de realização da invenção, a rede de distribuição de energia elétrica é configurada como um compensador STATCOM e inclui um controlador P/Q (potência ativa/potência reativa) 60.[0033] In an embodiment of the invention, the electricity distribution network is configured as a STATCOM compensator and includes a P / Q controller (active power / reactive power) 60.

[0034] Durante o funcionamento, o conversor bidirecional pode operar inicialmente no modo de reforço, carregando o capacitor de barramento 16 para um potencial de CC superior ao potencial de pico de alimentação, configurando o controlador P/Q 60 de modo que o parâmetro P seja zero.[0034] During operation, the bidirectional converter can initially operate in the boost mode, charging the bus capacitor 16 for a DC potential greater than the peak supply potential, configuring the P / Q 60 controller so that the parameter P be zero.

[0035] O compensador STATCOM pode ainda compreender um transformador situado entre a fonte trifásica e o conversor bidirecional.[0035] The STATCOM compensator can also comprise a transformer located between the three-phase source and the bidirectional converter.

[0036] De preferência, durante o funcionamento, a energia reativa pode ser trocada entre a fonte e o capacitor de barramento 16 (operação STATCOM), alterando o ângulo de fase com o controlador P/Q. Breve descrição dos desenhos[0036] Preferably, during operation, reactive energy can be exchanged between the source and the bus capacitor 16 (STATCOM operation), changing the phase angle with the P / Q controller. Brief description of the drawings

[0037] Nos desenhos, que ilustram a técnica anterior e as modalidades preferidas da invenção, servindo como exemplos:[0037] In the drawings, which illustrate the prior art and the preferred embodiments of the invention, serving as examples:

[0038] A Figura 1 é uma representação esquemática de um arranjo de Soft Open Point da técnica anterior;[0038] Figure 1 is a schematic representation of a prior art Soft Open Point arrangement;

[0039] A Figura 2 é uma representação esquemática de um sistema simples de balanceamento de carga de acordo com a invenção;[0039] Figure 2 is a schematic representation of a simple load balancing system according to the invention;

[0040] A Figura 3 é uma representação esquemática de um sistema de balanceamento de carga de acordo com a invenção com um arranjo de tratamento e proteção contra falhas;[0040] Figure 3 is a schematic representation of a load balancing system according to the invention with a treatment and protection arrangement against failures;

[0041] A Figura 4 é uma representação esquemática de um sistema de balanceamento de carga integrado a uma rede de distribuição de energia elétrica;[0041] Figure 4 is a schematic representation of a load balancing system integrated with an electricity distribution network;

[0042] A Figura 5 ilustra tensões e correntes de balanceamento para o sistema de balanceamento de carga ilustrado na Figura 3;[0042] Figure 5 illustrates balancing voltages and currents for the load balancing system illustrated in Figure 3;

[0043] A Figura 6 é uma representação esquemática de um sistema de balanceamento de carga de acordo com a invenção para conexão a mais de dois alimentadores;[0043] Figure 6 is a schematic representation of a load balancing system according to the invention for connection to more than two feeders;

[0044] A Figura 7 é uma representação esquemática de um sistema de balanceamento de carga alternativo de acordo com a invenção para conexão a mais de dois alimentadores;[0044] Figure 7 is a schematic representation of an alternative load balancing system according to the invention for connection to more than two feeders;

[0045] A Figura 8 ilustra uma parte do sistema de balanceamento de carga incluindo um compensador STATCOM;[0045] Figure 8 illustrates a part of the load balancing system including a STATCOM compensator;

[0046] A Figura 9 ilustra uma parte do sistema de balanceamento de carga incluindo um compensador STATCOM;[0046] Figure 9 illustrates a part of the load balancing system including a STATCOM compensator;

[0047] A Figura 10 é um diagrama de circuito da configuração ilustrada na Figura 8; e[0047] Figure 10 is a circuit diagram of the configuration illustrated in Figure 8; and

[0048] A Figura 11 é um diagrama de circuito que ilustra um controlador para o sistema de balanceamento de carga da invenção. Descrição Detalhada das Formas de Realização Preferidas[0048] Figure 11 is a circuit diagram illustrating a controller for the load balancing system of the invention. Detailed Description of the Preferred Embodiments

[0049] Fazendo referência agora à Figura 2, é possível ver uma parte de uma rede trifásica de distribuição de energia elétrica 1. A rede compreende um alimentador de alta tensão 2 cuja saída é dividida em três fases 3a, 3b e 3c. As três fases 3a a 3c são conectadas aos transformadores alimentadores de média tensão 4, 5, os transformadores alimentadores com saídas trifásicas 4a-4c e 5a-5c. As cargas 6, 7 são conectadas aos transformadores alimentadores 4, 5, respectivamente.[0049] Referring now to Figure 2, it is possible to see a part of a three-phase electricity distribution network 1. The network comprises a high voltage feeder 2 whose output is divided into three phases 3a, 3b and 3c. The three phases 3a to 3c are connected to medium voltage power transformers 4, 5, the power transformers with three-phase outputs 4a-4c and 5a-5c. Loads 6, 7 are connected to feeder transformers 4, 5, respectively.

[0050] Para que as cargas 6, 7 possam ser balanceadas através dos transformadores alimentadores, 4,5 os respectivos pares de fases 4a, 5a, 4b, 5b, 4c, 5c são conectados entre si pelos módulos A-C. Cada um dos módulos A-C é conectado às fases de saída 5a-5c do transformador alimentador 5 pelos respectivos transformadores auxiliares abaixadores 9, 10, 11, cada um dos quais faz parte de um dos módulos A-C e às fases de saída 4a-4c do transformador alimentador 4 pelos circuitos LC 12, 13, 14, cada um dos quais faz parte de um dos módulos A-C e compreende um indutor 12a, 13a, 14a e um capacitor 12b, 13b, 14b. Cada capacitor 12b, 13b, 14b é conectado na lateral do módulo a uma das respectivas fases de saída 5a a 5c do transformador alimentador 5. O lado indutor de cada capacitor 12b, 13b, 14b é conectado a uma das fases de saída 4a-4c correspondentes do transformador alimentador 4, ou seja, para o módulo A, um lado do capacitor 12b está conectado à fase de saída 5a do transformador alimentador 5 e o outro lado do capacitor 12b está conectado à fase de saída 4a do transformador alimentador 4.[0050] So that the loads 6, 7 can be balanced through the feeder transformers, 4,5 the respective pairs of phases 4a, 5a, 4b, 5b, 4c, 5c are connected to each other by the modules A-C. Each of the AC modules is connected to the output phases 5a-5c of the feeder transformer 5 by the respective lowering auxiliary transformers 9, 10, 11, each of which is part of one of the AC modules and to the output phases 4a-4c of the transformer feeder 4 by the LC circuits 12, 13, 14, each of which is part of one of the AC modules and comprises an inductor 12a, 13a, 14a and a capacitor 12b, 13b, 14b. Each capacitor 12b, 13b, 14b is connected on the side of the module to one of the respective output phases 5a to 5c of the feeder transformer 5. The inductive side of each capacitor 12b, 13b, 14b is connected to one of the output phases 4a-4c corresponding to feeder transformer 4, that is, for module A, one side of capacitor 12b is connected to output phase 5a of feeder transformer 5 and the other side of capacitor 12b is connected to output phase 4a of feeder transformer 4.

[0051] Na Figura 2, apenas o módulo A é mostrado em detalhes. No entanto, cada um dos módulos A-C é o mesmo, exceto pelas fases de saída dos transformadores alimentadores 4, 5 aos quais estão conectados.[0051] In Figure 2, only module A is shown in detail. However, each of the A-C modules is the same, except for the output phases of the feeder transformers 4, 5 to which they are connected.

[0052] O módulo A compreende um conversor trifásico bidirecional (conversor auxiliar) 15 conectado em paralelo com um capacitor 16, que forma um barramento CC e um conversor monofásico bidirecional (conversor de balanceamento)[0052] Module A comprises a three-phase bidirectional converter (auxiliary converter) 15 connected in parallel with a capacitor 16, which forms a DC bus and a single-phase bidirectional converter (balancing converter)

17. A tensão do barramento CC excede marginalmente a diferença de tensão entre as fases correspondentes dos transformadores alimentadores 4, 5. Se a diferença de tensão entre as fases correspondentes dos transformadores alimentadores 4, 5 não exceder 12% do pico de tensão do sistema de linha, o barramento CC estará em cerca de 1,5kV em um sistema de média tensão de 11kV. A tensão do barramento CC alimenta o conversor monofásico bidirecional 17 que aumenta ou diminui a tensão diferencial entre as fases correspondentes 4a-4c, 5a-5c para alimentar uma corrente de balanceamento entre as fases.17. The DC bus voltage marginally exceeds the voltage difference between the corresponding phases of the feeder transformers 4, 5. If the voltage difference between the corresponding phases of the feeder transformers 4, 5 does not exceed 12% of the peak voltage of the feeder system line, the DC bus will be around 1.5kV in an 11kV medium voltage system. The DC bus voltage supplies the bidirectional single-phase converter 17 which increases or decreases the differential voltage between the corresponding phases 4a-4c, 5a-5c to supply a balancing current between the phases.

[0053] Na Figura 2, cada módulo é mostrado como compreendendo seu próprio transformador abaixador 9-11. No entanto, estes poderiam ser substituídos por um único transformador usando uma configuração compreendendo uma única bobina primária delta com três bobinas secundárias conectadas em estrela isoladas, cada bobina secundária alimentando um módulo. Alternativamente, os transformadores abaixadores separados podem ser substituídos por um único transformador que alimenta três conversores CA/CC bidirecionais de alta frequência isolados, cada um alimentando um dos módulos de balanceamento.[0053] In Figure 2, each module is shown as comprising its own step down transformer 9-11. However, these could be replaced by a single transformer using a configuration comprising a single delta primary coil with three isolated star-connected secondary coils, each secondary coil supplying a module. Alternatively, the separate step-down transformers can be replaced by a single transformer that powers three isolated high-frequency bidirectional AC / DC converters, each feeding one of the balancing modules.

[0054] Em um sistema de baixa tensão, os transformadores abaixadores podem ser omitidos e a alimentação para cada módulo derivada de conversores CA/CC isolados.[0054] In a low voltage system, step-down transformers can be omitted and the power for each module derived from isolated AC / DC converters.

[0055] A Figura 3 ilustra um arranjo mais sofisticado que fornece detecção e proteção de condições de falha. Enquanto a configuração ilustrada na Figura 2 equilibra a carga nos transformadores 4, 5 e evita a circulação de correntes, no caso de uma falha de terra em um alimentador, a corrente potencial de falha será o dobro da de um único transformador. Isso ocorre porque a classificação de tensão dos dispositivos que compõem o conversor monofásico bidirecional 17 não é adequada para limitar a corrente de falha e seria contornada no caso de uma falha. A Figura 3 ilustra duas configurações possíveis para gerenciar a condição de falha.[0055] Figure 3 illustrates a more sophisticated arrangement that provides detection and protection from fault conditions. While the configuration illustrated in Figure 2 balances the load on transformers 4, 5 and prevents the circulation of currents, in the event of an earth fault in a feeder, the potential fault current will be twice that of a single transformer. This is because the voltage rating of the devices that make up the single-phase bidirectional converter 17 is not adequate to limit the fault current and would be bypassed in the event of a fault. Figure 3 illustrates two possible configurations for managing the fault condition.

[0056] A primeira configuração fornece um reator saturável compreendendo um indutor 21 e um capacitor 22 em série entre o capacitor do circuito LC 12 e a fase de saída 5a do transformador alimentador 5. Durante o funcionamento normal, o indutor 21 e o capacitor 22 são ressonantes e oferecem uma impedância desprezível à corrente de balanceamento alternada (alternando a 50Hz no Reino Unido). Quando ocorre uma falha, o indutor 21 satura e o capacitor 22 limita a corrente que flui entre os transformadores alimentadores 4, 5.[0056] The first configuration provides a saturable reactor comprising an inductor 21 and a capacitor 22 in series between the capacitor of the LC circuit 12 and the output phase 5a of the feeder transformer 5. During normal operation, inductor 21 and capacitor 22 they are resonant and offer negligible impedance to the alternating balancing current (alternating at 50Hz in the UK). When a fault occurs, inductor 21 saturates and capacitor 22 limits the current flowing between the feeder transformers 4, 5.

[0057] A segunda configuração fornece um circuito de bloqueio de fase completa 30 compreendendo uma pluralidade de IGBTs de alta tensão conectados em série 31 entre o capacitor 12b do circuito LC 12 e a fase de saída 5a do transformador alimentador 5.[0057] The second configuration provides a full phase blocking circuit 30 comprising a plurality of high voltage IGBTs connected in series 31 between capacitor 12b of the LC circuit 12 and the output phase 5a of the feeder transformer 5.

[0058] Os IGBTs 31 estão no modo de condução durante o funcionamento normal, mas são desligados no caso de sobrecorrente e fornecem capacidade de bloqueio de fase completa para o circuito, ou seja, quando uma condição de falha é detectada, o conversor é desconectado. Exemplo[0058] IGBTs 31 are in driving mode during normal operation, but are switched off in the event of an overcurrent and provide full phase blocking capability for the circuit, ie when a fault condition is detected, the converter is disconnected . Example

[0059] A configuração ilustrada na Figura 3 foi modelada usando o software de simulação de energia PLECS com as seguintes condições do sistema: SIMULAÇÃO 1 Voltagem nominal do alimentador - 11kV; Carga classificada por transformador - 5MVA; Regulação assumida do transformador - transformador alimentador 4 1,2%, transformador alimentador 5 2,4%; Cargas aplicadas - carga do alimentador 6, 0,4MW, carga do alimentador 7, 9,6MW. SIMULAÇÃO 2[0059] The configuration illustrated in Figure 3 was modeled using the PLECS energy simulation software with the following system conditions: SIMULATION 1 Nominal feeder voltage - 11kV; Load rated by transformer - 5MVA; Transformer default setting - power transformer 4 1.2%, power transformer 5 2.4%; Loads applied - feeder load 6, 0.4MW, feeder load 7, 9.6MW. SIMULATION 2

[0060] A simulação 2 compreendeu uma nova execução da simulação 1 com a carga invertida. Resultados[0060] Simulation 2 comprised a new execution of simulation 1 with the inverted load. Results

[0061] Os resultados da simulação 1 e da simulação 2 foram quase idênticos. Os traços da tensão e corrente de balanceamento para as simulações 1 e 2 são ilustrados na Figura 5. Os valores para correntes e tensões do transformador alimentador, carga do transformador auxiliar e dissipação de energia para a simulação 1 são apresentados na tabela abaixo:[0061] The results of simulation 1 and simulation 2 were almost identical. The traces of the balancing voltage and current for simulations 1 and 2 are illustrated in Figure 5. The values for currents and voltages of the feeder transformer, auxiliary transformer load and power dissipation for simulation 1 are shown in the table below:

Sem Paralelo Balanceado balanceameto sem usando o sistema controle da Figura 3 Corrente de linha do 21A RMS 332A RMS 271A RMS Transformador Alimentador 4 Volts L-L O/P do 10990V RMS 10900V 10947V RMS Transformador RMS Alimentador 4 Corrente de linha do 515A RMS 214A RMS 271A RMS Transformador Alimentador 5 Volts L-L O/P do 10740V RMS 10900V 10828V RMS Transformador RMS Alimentador 5 Carga do transformador NA NA 58kVA auxiliar 9 Dissipação do módulo NA NA 6,7kW/Módulo conforme simuladaUnbalanced Parallel balanced without using the control system of Figure 3 Line current of 21A RMS 332A RMS 271A RMS Transformer Feeder 4 Volts LL O / P of 10990V RMS 10900V 10947V RMS Transformer RMS Feeder 4 Line current of 515A RMS 214A RMS 271A RMS Transformer Feeder 5 Volts LL O / P of 10740V RMS 10900V 10828V RMS Transformer RMS Feeder 5 Load of transformer NA NA 58kVA auxiliary 9 Dissipation of module NA NA 6.7kW / Module as simulated

[0062] A Figura 4 ilustra uma instalação em que o sistema de balanceamento de carga é integrado a uma rede de distribuição de energia elétrica. Os disjuntores a vácuo trifásicos 40, 50 são colocados entre as saídas trifásicas 4a-4c e 5a-5c dos transformadores alimentadores 4, 5 para isolar os módulos de balanceamento A-C das saídas alimentadoras. Em vez de usar um disjuntor a vácuo trifásico em cada lado dos módulos A-C, três disjuntores monofásicos separados podem ser usados.[0062] Figure 4 illustrates an installation in which the load balancing system is integrated with an electricity distribution network. The three-phase vacuum circuit breakers 40, 50 are placed between the three-phase outputs 4a-4c and 5a-5c of the feeder transformers 4, 5 to isolate the A-C balancing modules from the feeder outputs. Instead of using a three-phase vacuum circuit breaker on each side of the A-C modules, three separate single-phase circuit breakers can be used.

[0063] Os módulos A-C na Figura 4 incluem dois submódulos 8' conectados em série. Ao conectar mais de um módulo em alimentadores em série com diferenças maiores de tensão, eles podem ser conectados juntos para que haja balanceamento. Quando cada submódulo for especificado para lidar com uma diferença de tensão entre as fases correspondentes do alimentador de aproximadamente 1,5kV, o uso de dois submódulos aumentará a possível diferença de tensão entre as fases do alimentador para 3kV. Cada submódulo inclui um conversor bidirecional monofásico 15 e um conversor bidirecional monofásico 17, ambos conectados a um barramento CC 16. A proteção de falha para os dois submódulos 8’ é fornecida pelo circuito de bloqueio de fase 30 compreendendo uma pluralidade de pares de IGBTs 31, cada par de IGBTs fornecido com um resistor dependente de tensão 32 em paralelo. Na modalidade ilustrada, os IGBTs são configurados para desligar quando a corrente exceder 300Arms e/ou quando a tensão exceder 1600 volts.[0063] The A-C modules in Figure 4 include two 8 'submodules connected in series. When connecting more than one module in series feeders with greater voltage differences, they can be connected together for balance. When each submodule is specified to handle a voltage difference between the corresponding phases of the feeder of approximately 1.5kV, the use of two submodules will increase the possible voltage difference between the phases of the feeder to 3kV. Each submodule includes a single-phase bidirectional converter 15 and a single-phase bidirectional converter 17, both connected to a DC bus 16. The fault protection for the two submodules 8 'is provided by the phase lock circuit 30 comprising a plurality of pairs of IGBTs 31 , each pair of IGBTs provided with a voltage-dependent resistor 32 in parallel. In the illustrated mode, IGBTs are configured to switch off when the current exceeds 300Arms and / or when the voltage exceeds 1600 volts.

[0064] Os sub-circuitos 9', 12' compreendem um resistor dependente de tensão 9a, 12a que limita picos e transientes de tensão, transdutores de tensão 9b, 12b e transdutores de corrente 9c, 12c. A função dos transdutores de tensão 9b, 12b e dos transdutores de corrente 9c, 12c é fornecer informações relacionadas às condições de operação do conversor para o sistema de controle. Os sub-circuitos 9', 12' também compreendem um indutor 9e, 12e e um capacitor 9d, 12d que juntos formam uma entrada filtrada de passa-baixo para os conversores bidirecionais 15, 17, respectivamente. Os filtros passa-baixo evitam a transferência de ruído de alta frequência a partir do transformador auxiliar 9. De fato, o filtro passa-baixo remove um sinal portador de alta frequência da saída sinusoidal do conversor monofásico 17. O sinal portador de alta frequência é introduzido durante a modulação de largura de pulso de um sinal derivado do barramento CC 16.[0064] Sub-circuits 9 ', 12' comprise a voltage-dependent resistor 9a, 12a that limits voltage peaks and transients, voltage transducers 9b, 12b and current transducers 9c, 12c. The function of voltage transducers 9b, 12b and current transducers 9c, 12c is to provide information related to the operating conditions of the converter for the control system. Sub-circuits 9 ', 12' also comprise an inductor 9e, 12e and a capacitor 9d, 12d which together form a filtered low-pass input for bidirectional converters 15, 17, respectively. Low-pass filters prevent the transfer of high-frequency noise from the auxiliary transformer 9. In fact, the low-pass filter removes a high-frequency carrier signal from the sinusoidal output of the single-phase converter 17. The high-frequency carrier signal is introduced during pulse width modulation of a signal derived from the DC 16 bus.

[0065] As Figuras 6 e 7 ilustram arranjos alternativos para equilibrar três (ou mais) alimentadores A, B e C. Na Figura 6, os três alimentadores A, B e C são interconectados por dois módulos D, E. Os módulos D, E incluem conversores auxiliares 15 e conversores de balanceamento 17 e um capacitor de barramento CC 16.[0065] Figures 6 and 7 illustrate alternative arrangements to balance three (or more) feeders A, B and C. In Figure 6, the three feeders A, B and C are interconnected by two modules D, E. The modules D, And they include auxiliary converters 15 and balancing converters 17 and a DC bus capacitor 16.

[0066] A Figura 8 ilustra uma parte de um módulo configurado como um compensador STATCOM e inclui um controlador P/Q (potência ativa/potência reativa) 60. O conversor bidirecional inicialmente no modo de impulso carrega o capacitor de barramento 16 para um potencial CC superior ao potencial de suprimento de pico, configurando o controlador P/Q 60 de modo que o parâmetro P seja zero, que não exista troca de energia ativa e o parâmetro Q tenha um valor inicial ou atrasado. A energia reativa pode ser trocada entre a fonte trifásica e o capacitor de barramento dentro dos limites da capacidade do inversor, do indutor de entrada e da corrente do capacitor.[0066] Figure 8 illustrates a part of a module configured as a STATCOM compensator and includes a P / Q controller (active power / reactive power) 60. The bidirectional converter initially in impulse mode charges the bus capacitor 16 to a potential DC higher than the peak supply potential, configuring the P / Q 60 controller so that the P parameter is zero, that there is no active energy exchange and the Q parameter has an initial or delayed value. Reactive power can be exchanged between the three-phase source and the bus capacitor within the limits of the capacity of the inverter, the input inductor and the capacitor current.

[0067] A Figura 9 ilustra uma parte de um módulo configurado como um compensador STATCOM semelhante ao mostrado na Figura 8, mas com a adição de um transformador 70 entre a alimentação trifásica e o conversor bidirecional 17 que simplesmente altera os níveis de tensão operacional do conversor auxiliar.[0067] Figure 9 illustrates a part of a module configured as a STATCOM compensator similar to that shown in Figure 8, but with the addition of a transformer 70 between the three-phase supply and the bidirectional converter 17 that simply changes the operating voltage levels of the auxiliary converter.

[0068] A Figura 10 é um diagrama de circuito correspondente à parte do módulo ilustrada na Figura 8. O conversor auxiliar 15 compreende seis comutadores semicondutores 15'. O capacitor de barramento CC 16 é carregado com uma voltagem que excede o valor de pico da fonte trifásica. Para transferir corrente para o capacitor 16 da fonte, os seis comutadores semicondutores 15' atuam como conversores de reforço. Para transferir corrente do capacitor 16 para a fonte, os comutadores semicondutores 15' atuam como conversores buck (ou inversores). A energia reativa pode ser trocada entre a fonte e o capacitor de barramento 16 (operação do STATCOM) alterando o ângulo de fase com o controlador 60. Nota, o controlador 60 corresponde aos elementos de controle 104, 105 descritos abaixo com referência à Figura 11.[0068] Figure 10 is a circuit diagram corresponding to the part of the module illustrated in Figure 8. The auxiliary converter 15 comprises six semiconductor switches 15 '. The DC 16 bus capacitor is charged with a voltage that exceeds the peak value of the three-phase source. To transfer current to capacitor 16 of the source, the six semiconductor switches 15 'act as boost converters. To transfer current from capacitor 16 to the source, semiconductor switches 15 'act as buck converters (or inverters). Reactive power can be exchanged between the source and the bus capacitor 16 (STATCOM operation) by changing the phase angle with controller 60. Note, controller 60 corresponds to control elements 104, 105 described below with reference to Figure 11 .

[0069] A Figura 11 ilustra um controlador operacionalmente conectado ao conversor de balanceamento ativo ilustrado na Figura 3. O controlador faz com que o conversor de balanceamento ativo opere em dois modos, um modo de espera e um modo de controle de corrente.[0069] Figure 11 illustrates a controller operationally connected to the active balance converter illustrated in Figure 3. The controller causes the active balance converter to operate in two modes, a standby mode and a current control mode.

[0070] No modo de espera, os dois alimentadores interconectados 4, 5 são monitorados continuamente, medindo a corrente e a tensão de cada fase do alimentador e calculando o fluxo de energia. Se a energia que flui através de cada alimentador 4, 5 não exceder um valor limite de potência PREF, o conversor de balanceamento ativo permanecerá no modo de espera, ou seja, a corrente não fluirá entre os alimentadores 4, 5.[0070] In standby mode, the two interconnected feeders 4, 5 are monitored continuously, measuring the current and voltage of each phase of the feeder and calculating the energy flow. If the energy flowing through each feeder 4, 5 does not exceed a PREF power limit value, the active balancing converter will remain in standby mode, that is, the current will not flow between the feeders 4, 5.

[0071] Se a potência fluindo por um dos alimentadores exceder PREF, então o modo de controle de corrente será ativado.[0071] If the power flowing through one of the feeders exceeds PREF, then the current control mode will be activated.

[0072] O controlador de corrente 100 compreende um calculador de referência de corrente 101 que recebe correntes de entrada do transdutor de corrente 102, 102', cada uma associada a uma das fases dos dois transformadores alimentadores 4, 5 (observe que os transdutores de corrente 102, 102' são mostrados para apenas uma das três fases dos alimentadores 4, 5 embora, na prática, cada fase seria provida de um transdutor de corrente).The current controller 100 comprises a current reference calculator 101 that receives input currents from the current transducer 102, 102 ', each associated with one of the phases of the two feeder transformers 4, 5 (note that the current transducers current 102, 102 'are shown for only one of the three phases of feeders 4, 5 although, in practice, each phase would be provided with a current transducer).

[0073] Quando o modo de controle de corrente é iniciado, a energia é trocada entre os alimentadores 4, 5 através da comutação do conversor auxiliar 15 e do conversor de balanceamento 17.[0073] When the current control mode is initiated, the energy is exchanged between the feeders 4, 5 by switching the auxiliary converter 15 and the balancing converter 17.

[0074] O controlador 100 controla o conversor auxiliar 15 da seguinte forma:[0074] Controller 100 controls auxiliary converter 15 as follows:

[0075] A tensão do link CC (que é a tensão através do capacitor 16) é medida pelo transdutor de tensão 103 e comparada com um valor definido VdcRef (por exemplo, 1,5kV) no regulador de tensão CC 104. A saída do regulador de tensão CC é uma forma de onda de tensão de referência. Se a tensão medida se desviar do valor definido VdcRef, o regulador de tensão CC 104, que pode consistir em um controlador proporcional integral (PI), emitirá uma forma de onda de tensão de referência com uma amplitude proporcional ao erro da tensão (Vmeasured - VdcRef ) Esta forma de onda de tensão de referência é comparada no modulador de largura de pulso 105 a uma forma de onda de modulação de dente de serra de alta frequência (>5kHz) que produz uma relação de trabalho que liga os interruptores do conversor auxiliar 15. O aumento da relação de trabalho resulta no tempo durante o qual o capacitor 16 está conectado ao alimentador sendo aumentado e controla qual comutador (o conversor auxiliar 15 pode compreender uma pluralidade de comutadores 15', como mostrado na Figura 10) do conversor auxiliar está ligado e desligado e direciona a corrente na mudança de direção ou direção de descarga através do capacitor 16. Isso significa que o modulador de largura de pulso 105 controla tanto a taxa de serviço (o período de carga ou descarga do capacitor 16) quanto a direção da corrente (para cima ou para baixo no capacitor 16) e, ao fazer isso, aumenta ou diminui a amplitude da tensão do link CC, para mantê-la regulada em torno do valor definido VdcRef.[0075] The DC link voltage (which is the voltage across capacitor 16) is measured by the voltage transducer 103 and compared to a defined value VdcRef (for example, 1.5kV) on the DC voltage regulator 104. The output of the DC voltage regulator is a reference voltage waveform. If the measured voltage deviates from the set value VdcRef, the DC voltage regulator 104, which may consist of an integral proportional controller (PI), will emit a reference voltage waveform with an amplitude proportional to the voltage error (Vmeasured - VdcRef) This reference voltage waveform is compared on pulse width modulator 105 to a high frequency (> 5kHz) sawtooth modulation waveform that produces a working relationship that switches the auxiliary converter switches 15. Increasing the working ratio results in the time that capacitor 16 is connected to the feeder being increased and controls which switch (auxiliary converter 15 can comprise a plurality of switches 15 ', as shown in Figure 10) of the auxiliary converter is on and off and directs the current in the change of direction or direction of discharge through capacitor 16. This means that the pulse width modulator 105 controls both the service rate (the period of charge or discharge of capacitor 16) as to the direction of the current (up or down on capacitor 16) and, in doing so, increases or decreases the amplitude of the DC link voltage, to maintain it regulated around the set value VdcRef.

[0076] O controlador 100 controla o conversor de balanceamento 17 da seguinte forma:[0076] Controller 100 controls balancing converter 17 as follows:

[0077] Correntes medidas pelos transdutores de corrente 102, 102' e tensões medidas pelos transdutores de tensão 103, 103' (nota – cada fase de cada alimentador seria fornecida com transdutores de corrente e de tensão) são usadas para calcular o fluxo de energia em cada fase dos alimentadores 4,[0077] Currents measured by current transducers 102, 102 'and voltages measured by voltage transducers 103, 103' (note - each phase of each feeder would be supplied with current and voltage transducers) are used to calculate the energy flow at each stage of feeders 4,

5. Esses valores são comparados com um valor de referência definido em uma calculadora de referência de corrente 101 que gera um sinal de errocorrente. Este sinal de errocorrente forma uma entrada para o limitador de corrente 107. O limitador de corrente 107 verifica se o sinal de errocorrente está dentro da limitação de corrente do conversor de balanceamento 17 no bloco limite de corrente 107. Se o sinal de errocorrente estiver dentro da limitação de corrente supramencionada, ele é usado como uma entrada para os controladores de corrente 108, 109 e 110, juntamente com a saída do gerador de forma de onda com diferença de tensão 111 para calcular uma forma de onda de tensão de referência VREF. Essa forma de onda pode ser calculada para a referência de potência nominal de 50Hz e também alguns componentes harmônicos mais altos podem ser extraídos da forma de onda de 50Hz usando um loop com travamento de fase 112, 113, fornecendo entradas para o gerador de forma de onda de diferença de tensão 111 de modo a calcular uma tensão referência em cada um dos quadros de referência de harmônicos de interesse.5. These values are compared with a reference value defined on a current reference calculator 101 that generates an error signal. This errocurrent signal forms an input for current limiter 107. Current limiter 107 checks whether the errocurrent signal is within the current limitation of the balance converter 17 in current limit block 107. If the errocurrent signal is within of the aforementioned current limitation, it is used as an input for current controllers 108, 109 and 110, together with the voltage difference generator output with voltage difference 111 to calculate a VREF reference voltage waveform. This waveform can be calculated for the 50Hz nominal power reference and also some higher harmonic components can be extracted from the 50Hz waveform using a 112, 113 phase locking loop, providing inputs to the shape generator. voltage difference wave 111 in order to calculate a reference voltage in each of the harmonic reference frames of interest.

[0078] As saídas de referência de tensão geradas dos controladores de corrente 108 a 110 são então somadas para produzir uma forma de onda de tensão sinusoidal de referência única de 50 Hz com os componentes harmônicos sobrepostos que o controlador foi projetado para compensar.[0078] The voltage reference outputs generated from current controllers 108 to 110 are then added together to produce a single 50 Hz reference sinusoidal voltage waveform with the overlapping harmonic components that the controller was designed to compensate for.

[0079] Essa forma de onda da tensão de referência é então comparada no modulador de largura de pulso 106 com um sinal de modulação de dente de serra de alta frequência (> 5kHz) que gera a taxa de serviço para cada dispositivo no conversor de balanceamento 17 e seleciona os dispositivos de maneira a controlar o fluxo de energia na direção requerida. A taxa de serviço gerada determina a duração pela qual o capacitor 16 parece estar conectado através dos alimentadores (carga e descarga), e a escolha dos comutadores determina em qual polaridade da tensão do link CC aparece nos alimentadores 4,[0079] This waveform of the reference voltage is then compared on the pulse width modulator 106 with a high frequency (> 5kHz) sawtooth modulation signal that generates the service rate for each device in the balancing converter 17 and selects the devices in order to control the flow of energy in the required direction. The service charge generated determines the duration for which capacitor 16 appears to be connected through the feeders (charging and discharging), and the choice of switches determines which polarity of the DC link voltage appears on the feeders 4,

5. Se o capacitor 16 descarrega através do conversor de balanceamento, ele carrega de volta através do conversor auxiliar e vice-versa, para que sua tensão seja regulada em torno de VdcRef durante o período de controle de corrente.5. If capacitor 16 discharges through the balancing converter, it charges back through the auxiliary converter and vice versa, so that its voltage is regulated around VdcRef during the current control period.

[0080] A rede de distribuição de energia elétrica da invenção permite que as cargas sejam compartilhadas entre os alimentadores. A energia reativa pode ser extraída de um alimentador e alimentada na fase correspondente de outro alimentador. O dispositivo também pode ser configurado para fornecer compensação STATCOM. Isso é alcançado sem sujeitar os componentes que conectam os alimentadores à corrente total e à tensão transportada para a carga pelos alimentadores.[0080] The electric power distribution network of the invention allows the loads to be shared between the feeders. Reactive energy can be extracted from one feeder and fed into the corresponding phase from another feeder. The device can also be configured to provide STATCOM compensation. This is achieved without subjecting the components that connect the feeders to the total current and the voltage carried to the load by the feeders.

Claims (19)

REIVINDICAÇÕES 1. Rede de distribuição de energia elétrica, caracterizada pelo fato de compreender: - pelo menos dois alimentadores de corrente; - pelo menos duas cargas, cada uma associada a um dos respectivos alimentadores; - pelo menos um módulo conectado eletricamente a dois alimentadores e incluindo: um conversor auxiliar bidirecional; barramento CC, incluindo um capacitor; e um conversor de balanceamento bidirecional conectado em paralelo; com o módulo incluindo ainda meios para alterar a corrente e a tensão entre os alimentadores e o conversor auxiliar bidirecional e uma conexão elétrica diferencial entre os dois alimentadores e conectada em série com o conversor de balanceamento bidirecional; - um controlador configurado para controlar pelo menos um parâmetro de uma corrente elétrica que flui através do ou a partir de cada módulo, a tensão através do ou a partir de cada módulo sendo relacionada à diferença máxima de tensão entre dois dos alimentadores.1. Electricity distribution network, characterized by the fact that it comprises: - at least two current feeders; - at least two loads, each associated with one of the respective feeders; - at least one module electrically connected to two feeders and including: a bidirectional auxiliary converter; DC bus, including a capacitor; and a bidirectional balancing converter connected in parallel; with the module also including means to change the current and voltage between the feeders and the bidirectional auxiliary converter and a differential electrical connection between the two feeders and connected in series with the bidirectional balancing converter; - a controller configured to control at least one parameter of an electric current flowing through or from each module, the voltage across or from each module being related to the maximum voltage difference between two of the feeders. 2. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o conversor de balanceamento bidirecional ser monofásico.2. Electricity distribution network, according to claim 1, characterized by the fact that the bidirectional balancing converter is single-phase. 3. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de: - os dois alimentadores serem trifásicos; - três módulos serem conectados às respectivas fases dos alimentadores; e sendo que o conversor auxiliar bidirecional é um conversor trifásico.3. Electricity distribution network, according to claim 1 or 2, characterized by the fact that: - the two feeders are three-phase; - three modules are connected to the respective phases of the feeders; and the bidirectional auxiliary converter is a three-phase converter. 4. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de pelo menos um módulo compreender uma pluralidade de submódulos conectados em paralelo, cada submódulo compreendendo um conversor auxiliar bidirecional, um barramento CC incluindo um capacitor e um conversor de balanceamento bidirecional conectado em paralelo, com o submódulo incluindo ainda meios para alterar a corrente e a tensão entre os alimentadores e o conversor auxiliar bidirecional.Electricity distribution network according to any one of claims 1 to 3, characterized in that at least one module comprises a plurality of submodules connected in parallel, each submodule comprising a bidirectional auxiliary converter, a DC bus including a capacitor and a bidirectional balancing converter connected in parallel, with the submodule also including means to change the current and voltage between the feeders and the bidirectional auxiliary converter. 5. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de um transformador abaixador ser o meio através do qual a corrente de entrada e a tensão do conversor auxiliar bidirecional são alteradas.5. Electricity distribution network according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a step-down transformer is the means by which the input current and the voltage of the bidirectional auxiliary converter are changed. 6. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 5, quando dependente da reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o transformador abaixador compreender um único delta primário com três secundários conectados em estrela isolados, cada um deles alimentando um dos três módulos.6. Electricity distribution network, according to claim 5, when dependent on claim 3, characterized by the fact that the step-down transformer comprises a single primary delta with three isolated star-connected secondary ones, each feeding one of the three modules . 7. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 5, quando dependente da reivindicação 3, caracterizada pelo fato de o transformador abaixador compreender um único transformador e três conversores CC/CC bidirecionais de alta frequência isolados, cada conversor CC/CC sendo associado a uma das respectivas fases.7. Electricity distribution network, according to claim 5, when dependent on claim 3, characterized by the fact that the step-down transformer comprises a single transformer and three isolated bidirectional high-frequency DC / DC converters, each DC / DC converter being associated with one of the respective phases. 8. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de um conversor CC/CC ser o meio através do qual a corrente de entrada e a tensão do conversor auxiliar bidirecional são alteradas.8. Electricity distribution network according to any one of claims 1 to 3, characterized by the fact that a DC / DC converter is the means through which the input current and the voltage of the bidirectional auxiliary converter are changed. 9. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada pelo fato de o conversor auxiliar e o conversor de balanceamento incluírem dispositivos semicondutores de comutação forçada.9. Electricity distribution network according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the auxiliary converter and the balancing converter include semiconductor devices with forced switching. 10. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de os dispositivos de comutação forçada serem feitos de um material semicondutor, como carboneto de silício.10. Electricity distribution network, according to claim 9, characterized in that the forced switching devices are made of a semiconductor material, such as silicon carbide. 11. Conversor de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado pelo fato de os dispositivos de comutação forçada serem selecionados do grupo que compreende: transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), tiristores comutados de porta integrada (GTOs) e transistores de efeito de campo semicondutores de óxido de metal (MOSFETs).11. Electricity distribution converter, according to claim 9 or 10, characterized by the fact that the forced switching devices are selected from the group comprising: bipolar isolated transistors (IGBTs), switched integrated port thyristors (GTOs) ) and metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs). 12. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizada pelo fato de o conversor auxiliar e o conversor de balanceamento serem configurados para operar em frequências de até 100 kHz.12. Electricity distribution network, according to any of claims 1 to 11, characterized by the fact that the auxiliary converter and the balancing converter are configured to operate at frequencies up to 100 kHz. 13. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 12, caracterizada pelo fato de a conexão elétrica entre os dois alimentadores incluir um meio de detecção da condição de falha e de proteção.13. Electricity distribution network, according to any of claims 1 to 12, characterized by the fact that the electrical connection between the two feeders includes a means of detecting the fault and protection condition. 14. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de os meios de detecção da condição de falha e de proteção compreenderem um reator saturável ou uma pluralidade de comutadores semicondutores de alta tensão conectados em série.14. Electricity distribution network, according to claim 13, characterized in that the means of detecting the fault condition and protection comprise a saturable reactor or a plurality of high voltage semiconductor switches connected in series. 15. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 14, caracterizada pelo fato de pelo menos um parâmetro controlável ser selecionado do grupo que compreende: magnitude da tensão, ângulo de fase, potência ativa e potência reativa.15. Electricity distribution network, according to any of claims 1 to 14, characterized by the fact that at least one controllable parameter is selected from the group comprising: voltage magnitude, phase angle, active power and reactive power . 16. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 15, caracterizada pelo fato de ser configurada como um compensador STATCOM e incluindo um controlador P/Q (potência ativa/potência reativa).16. Electricity distribution network, according to any of claims 1 to 15, characterized by the fact that it is configured as a STATCOM compensator and including a P / Q controller (active power / reactive power). 17. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de, durante o funcionamento, o conversor bidirecional operar inicialmente no modo de reforço, carregando o capacitor do barramento para um potencial CC acima do potencial de pico de fornecimento, configurando o controlador P/Q de modo que o parâmetro P seja zero.17. Electricity distribution network, according to claim 16, characterized by the fact that, during operation, the bidirectional converter initially operates in the boost mode, charging the bus capacitor to a DC potential above the peak potential of supply, configuring the P / Q controller so that the parameter P is zero. 18. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com as reivindicações 16 ou 17, caracterizada pelo fato de compreender um transformador situado entre a fonte trifásica e o conversor bidirecional.18. Electricity distribution network, according to claims 16 or 17, characterized by the fact that it comprises a transformer located between the three-phase source and the bidirectional converter. 19. Rede de distribuição de energia elétrica, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 16 a 18, caracterizada pelo fato de, durante o funcionamento, a energia reativa poder ser trocada entre a fonte e o capacitor de barramento (operação STATCOM) alterando o ângulo de fase com o controlador P/Q.19. Electricity distribution network, according to any of claims 16 to 18, characterized by the fact that, during operation, reactive energy can be exchanged between the source and the bus capacitor (STATCOM operation) by changing the phase angle with the P / Q controller.
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