ES2234794T3 - Compensacion de la caida de tension del cable en un sistema de alimentacion de energia electrica. - Google Patents
Compensacion de la caida de tension del cable en un sistema de alimentacion de energia electrica.Info
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Abstract
Un procedimiento para compensar la caída de tensión en un cable (3) multiconductor que comprende un cierto número de conductores de fase y un conductor neutro, conectando el mencionado cable una fuente de alimentación (1) eléctrica a una instalación (4) consumidora que demanda el suministro de energía eléctrica en c.a. poli-fásica de una frecuencia y tensión nominal predeterminadas, en particular para el suministro de energía en tierra a aeronaves que permanecen en posiciones de estacionamiento de aeropuertos, que comprenden ajuste de la tensión de salida de la fuente de alimentación eléctrica hasta un nivel por encima de la mencionada tensión nominal, caracterizado por las etapas de a) determinar un juego de parámetros de impedancia de cable mediante la inyección consecutiva de corriente separada en la mencionada fuente de alimentación en cada conductor de fase del cable, con retorno a través de cualquier otro conductor individual del cable vía un cortocircuito formado en el extremo del cable para ser conectado con la mencionada instalación (4) consumidora y medida consecutiva, en la fuente de alimentación, de la corriente inyectada y la caída de tensión entre el conductor en cuestión para la inyección de corriente y cada uno de los otros conductores individuales mencionados, para los cuales una determinación de la caída de tensión al estar conectado con el mencionado conductor en cuestión no se ha realizado previamente, estando controladas las mencionadas medidas de corriente o de tensión por la fuente de alimentación, b) almacenar el mencionado juego de parámetros de impedancia de cable en forma de matriz de una matriz modelo de cable en una memoria (202) que forma parte de un circuito (2) de control de compensación de caída de tensión en la fuente (1) de alimentación, c) determinar las representaciones vectoriales de la componente fundamental de la corriente inyectada para cada fase de la alimentación de c.a. polifásica, d) calcular para las tres fases de la fuente de alimentación de c.a. polifásica, un conjunto de representaciones vectoriales de señales fundamentales de caída de tensión por multiplicación matricial de las representaciones vectoriales de cada uno de los mencionados componentes fundamentales de corriente por la mencionada matriz de modelo de cable, y e) usar las representaciones vectoriales de las mencionadas señales fundamentales de caída de tensión como señales referencia para un controlador (13) de tensión en la mencionada fuente (1) de alimentación para producir para cada una de las mencionadas fases una tensión de compensación para añadirse a la mencionada tensión nominal.
Description
Compensación de la caída de tensión del cable en
un sistema de alimentación de energía eléctrica.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de compensación de caída de tensión en un cable
multi-conductor, conectando el mencionado cable una
fuente de alimentación eléctrica con una instalación consumidora que
demanda el suministro de corriente eléctrica
poli-fásica de c.a. de una frecuencia y tensión
nominal predeterminados, en particular para el suministro de energía
de tierra a aeronave que permanece en posiciones de estacionamiento
en el aeropuerto, comprendiendo el ajuste de la tensión de salida de
la fuente de potencia eléctrica hasta un nivel por encima de la
mencionada tensión nominal.
Sistemas de alimentación eléctrica de c.a. que
incluyen sistemas convertidores, como sistemas UPS y Ground Power
Units (GPU, Unidades de Energía en Tierra), como se usan, por
ejemplo, en aeropuertos para el suministro de energía eléctrica a
aeronaves aparcadas, están frecuentemente ubicados lejos de la
instalación consumidora. Esto se puede deber a factores
medioambientales, peligros o requisitos de espacio. En una
instalación aeroportuaria a menudo se monta una GPU bajo el puente
de pasajeros para conectarse con una aeronave a través de un cable
en un elevador. Un enfoque alternativo puede ser colocar la GPU en
el edificio del aeropuerto y llevar el cable a través de un conducto
hasta un foso cercano a la posición del estacionamiento de la
aeronave. En función de la disposición real, pueden ser necesarias
longitudes de cable de hasta 100 metros.
Para la alimentación eléctrica de c.a. demandada
por una aeronave, típicamente trifásica de 200 V a 400 Hz, la caída
de tensión del cable es significativa y la calidad de la tensión y
la instalación de la aeronave puede fácilmente incumplir los
requisitos de tensión de cargas eléctricas en aeronaves,
especificadas como 115 \pm 3 V en fase respecto de valores del
neutro. Además, si se usan cable no simétricos, se puede generar un
desequilibrio significativo en la salida incluso con cargas
equilibradas.
La caída de tensión se puede reducir en la
práctica al hacer discurrir diversos cables en paralelo, lo que es
una solución indeseablemente cara precisando, sin embargo, una
cantidad de cobre excesiva muy superior a la que se precisa para
alcanzar una capacidad térmica prescrita del cable.
La caída de tensión se puede reducir mediante un
diseño adecuado de cable. De este modo, al usar, por ejemplo, un
cable simétrico de 7 conductores la caída de tensión inductiva
estará equilibrada y reducida si se compara con un cable
convencional asimétrico de 4 conductores, al aplicar una carga
equilibrada.
En algún estado de la técnica, las unidades de
energía en tierra para uso aeroportuario se proporciona una
posibilidad para compensar la caída de tensión del cable basado en
uno de entre los enfoques siguientes:
- 1.
- Compensación basada en un parámetro, donde la compensación es proporcional a la amplitud de la corriente de salida de la GPU, determinada bien como un valor medio de las tres fases, o individualmente por fase. Esta forma de compensación únicamente funcionará con el factor de potencia especificado usado durante la configuración. Debido a que los bancos de carga inductiva no están habitualmente disponibles en aeropuertos, la compensación está ajustada normalmente a un factor de potencia cercano a 1,0, mientras el factor de potencia de las cargas de la aeronave es normalmente menor. A consecuencia de este enfoque, no se puede obtener una compensación correcta de la caída de tensión. Además, el efecto de cables asimétricos no se puede compensar y con una carga desequilibrada el cálculo de la compensación de tensión no conseguirá incluir la caída de tensión adicional añadida a la corriente de retorno en el conductor neutro en condiciones de carga desequilibrada.
- 2.
- Compensación basada en dos parámetros, por los cuales el convertidor es capaz de ajustar la compensación en función, así mismo, del factor de potencia. Además, con este enfoque, no obstante, el efecto de cables asimétricos puede que aún no se compense y con una carga desequilibrada el cálculo de la tensión de compensación no conseguirá incluir la caída de tensión adicional añadida a la corriente de retorno en el conductor neutro en condiciones de carga desequilibrada.
- 3.
- Retroalimentación de tensiones de salida hasta la GPU a través del conductor metálico de control que a menudo está incluido en los cables de potencia para instalaciones aeroportuarias de 400 Hz. Este enfoque es posible, si los conductores metálicos de control están retorcidos para cancelar el acoplamiento entre los conductores de potencia. Al confiar en la retroalimentación desde extremo de carga del cable, el control de tensión dependerá mucho de la disponibilidad y fiabilidad de los conductores metálicos de control. Como los conductores metálicos de control son mucho más delgados que los conductores de potencia, muestran una tendencia, no obstante, a romperse con el tiempo, cuando el cable se curva durante la manipulación.
Ambos enfoques, 1 y 2, precisan la carga de la
GPU y ajustes interactivos que pueden llevar tiempo. Además, los
malos diseños de la instalación con el uso de cables asimétricos en
un conducto puede precisar la transposición de los cables
conductores metálicos en algunos sitios para cumplir con los
requisitos de salida.
Se han descrito otros enfoques para compensar la
caída de tensión de la línea en sistemas eléctricos de
distribución.
De este modo, en un dispositivo compensador de
caída de línea, descrito en el documento
US-A-4.313.081 se añade capacitancia
entre las líneas de conductores y el neutro del cable de potencia en
respuesta al flujo de corriente detectado a través de los cables,
para corregir la tensión en proporción a la demanda real. Esto
requiere medidas de corriente en una pluralidad de puntos de
servicio a lo largo de la línea trifásica de potencia.
Un sistema eléctrico de potencia con compensación
de caída en la línea descrito en el documento
US-A-5.117.174 requiere, además de
usar un regulador local de tensión para monitorizar la tensión de
salida de la fuente de alimentación, el uso un regulador de tensión
remoto para detectar la tensión en la barra ómnibus de potencia en
un punto de regulación alejado de la fuente de alimentación para
producir una señal PWM (Pulse Width Modulated) que tiene un
ciclo de servicio representativo de la tensión en el punto de
regulación.
En un sistema de entrega de potencia para
alimentación eléctrica monofásica hasta una unidad remota en un
sistema de telecomunicaciones descrito en el documento
US-A-6.125.048, la tensión entregada
desde una unidad central de potencia se calibra según la impedancia
determinada de las líneas de alimentación, por lo cual la
determinación de la impedancia se puede proporcionar por conducción
de una tensión de referencia a través de una línea diferente de
calibrado, que se supone tiene una impedancia igual a la impedancia
del cable a determinar, por transmisión de un tono de barrido por la
línea de alimentación o por una técnica con reflectómetro en el
dominio de tiempos. Alternativamente, se puede determinar la
impedancia en base a la tensión de entrada medida hasta la unidad
remota suministrada con potencia desde la unidad central o el nivel
de potencia medida de una señal transmitida desde la unidad remota.
Independientemente de cual sea el enfoque alternativo que se emplee,
la determinación de la impedancia requiere la conexión real del
cable con la unidad remota, por lo que la determinación de la
impedancia puede estar influida por un desequilibrio de carga en la
unidad remota o circuitería requerida para la medida de potencia o
caída de tensión en y para el retorno de un tono de barrido, u otra
señal de medida debe estar disponible en cualquier unidad remota a
ser conectada con el cable.
Además, como únicamente se considera alimentación
de tensión monofásica el ajuste de la tensión alimentada desde el
sistema de entrega de potencia se hace por simple sustracción o
adición aritmética de una tensión de compensación generada por una
sección de control del sistema.
Un artículo de Y. Du y J. Burnett
"Experimental investigation into harmonic impedance of low
voltage cables", IEE Proc. Gener. Transm. Distrib., Vol. 147,
n.º 6, Noviembre 2000, describe resultados de una investigación en
características de armónicos de cables de potencia usados en
sistemas de distribución de baja tensión en edificios comerciales, y
el impacto sobre la resistencia del cable y la reactancia de
diversos parámetros, tales como orden de armónico, procedimiento de
instalación de cable, distribución de corriente de cable y la
presencia de material magnético. El artículo recomienda la
aplicación de un procedimiento de inyección de corriente monofásica
para desarrollar bases de datos de impedancia de matriz completa
para diversos cables de baja tensión en sistemas de alimentación de
potencia de 50 Hz a la frecuencia de armónico sin abordar la
necesidad potencial de compensación de caída de tensión de cable en
instalaciones específicas del tipo, con las cuales la presente
invención está relacionada.
En los antecedentes de esta técnica anterior está
el objetivo de la invención de proporcionar un procedimiento para
compensar la caída de tensión en un cable multiconductor, basado en
un novedoso esquema de compensación que implica el uso de un modelo
almacenado de cable en la fuente de potencia para producir señales
de caída de tensión utilizables como señal de referencia para que un
controlador de tensión proporcione una tensión de compensación a ser
añadida al nivel nominal de tensión requerido por la instalación
consumidora.
Para cumplir este objetivo, un procedimiento del
tipo definido se caracteriza, según la invención por las etapas
de.
a) determinar un conjunto de parámetros de
impedancia de cable por corriente consecutiva separada, inyección en
la mencionada fuente de alimentación en cada conductor de fase del
cable con retorno a través de cualquier otro conductor individual,
del cable vía un cortocircuito formado en el extremo del cable a
ser conectado con la mencionada instalación (4) consumidora y medida
consecutiva, en la fuente de alimentación, de la corriente inyectada
y de la caída de tensión entre el conductor en cuestión para
inyectar corriente y cada uno de los otros conductores
individuales, para lo cual una determinación de la caída de tensión
al ser conectado con el mencionado conductor en cuestión no se ha
realizado previamente, estando controlados la mencionada medida de
corriente o tensión por la fuente de
alimentación,
alimentación,
b) almacenar el mencionado conjunto de parámetros
de impedancia de cable en forma de una matriz modelo de cable en una
memoria que forma parte de un circuito de control de compensación de
caída de tensión en la fuente de alimentación,
c) determinar las representaciones vectoriales
del componente fundamental de la corriente inyectada para cada fase
de la potencia poli-fásica de c.a.,
d) calcular para las fases de la energía
eléctrica poli-fásica de c.a., un conjunto de
representaciones vectoriales de señales fundamentales de caída de
tensión mediante multiplicación matricial de las representaciones
vectoriales de cada uno de los mencionados componentes fundamentales
de corriente por la mencionada matriz de modelo de cable, y
e) usar las representaciones vectoriales de las
mencionadas señales fundamentales de caída de tensión como señales
referencia para un controlador de tensión en la mencionada fuente de
alimentación para producir cada una de las mencionadas fases en una
tensión de compensación para añadirse a la mencionada tensión
nominal.
Mediante este novedoso esquema de compensación,
basado en ecuaciones de acoplamiento de flujo del cable, cuyos
parámetros dependen de las distancias físicas de los conductores de
cable, se consigue una compensación de la caída de tensión del cable
significativamente más precisa y con mejor funcionamiento sin
requerir conductores metálicos o conductores adicionales en el cable
con fines de calibrado o de equipo adicional situado en el extremo
de la instalación consumidora o extremo alejado del cable.
Para la implantación del procedimiento de
compensación destacado en lo que antecede, la invención se refiere,
además, a un sistema de alimentación de energía eléctrica que
incluye una fuente de alimentación que comprende un inversor c.c. a
c.a. y un transformador de fase conectado al mismo para suministrar
energía eléctrica poli-fásica de una frecuencia y
tensión nominal predeterminadas a una instalación consumidora a
través de cable multi-conductor que comprende un
cierto número de conductores en fase y un conductor neutro;
comprendiendo la mencionada fuente de alimentación un controlador de
tensión conectado al mencionado inversor para el control individual
del nivel de tensión de cada fase producido por el mismo.
De acuerdo con la invención este sistema se
caracteriza porque un circuito de control de compensación de la
caída de tensión está conectado entre una salida de la fuente de
potencia y el mencionado controlador de tensión y comprende
f) medios para la inyección consecutiva de
corriente por separado en la mencionada fuente de alimentación en
cada conductor de fase del cable, con retorno a través de cualquier
otro conductor individual del cable vía un cortocircuito formado en
el extremo del cable a ser conectado con la mencionada instalación
consumidora,
g) medios para la medida consecutiva, en la
fuente de alimentación, de la corriente inyectada y de la caída de
tensión entre el conductor en cuestión para la inyección de
corriente y cada uno de los otros conductores individuales
mencionados, para los cuales una determinación de la caída de
tensión cuando está conectado con el mencionado conductor en
cuestión no se ha realizado previamente,
h) medios para determinar un conjunto de
parámetros de impedancia de cable a partir de la mencionada
corriente inyectada y de las mencionadas medidas de caída de
tensión,
i) una memoria que almacena una matriz de modelo
de cable, incluyendo el mencionado juego de parámetros de impedancia
de cable,
j) medios de transformaciones discretas de
Fourier para determinar las representaciones vectoriales de los
componentes fundamentales de las mencionadas corrientes individuales
de fase,
k) medios de multiplicación matricial para
calcular, para las fases de la fuente poli-fásica de
c.a., un conjunto de representaciones vectoriales de señales
fundamentales de caída de tensión mediante multiplicación matricial
de las representaciones vectoriales de los mencionados componentes
fundamentales de corriente por la mencionada matriz de modelo de
cable, y
l) medios para suministrar las representaciones
vectoriales de las mencionadas señales fundamentales de caída de
tensión como señales referencia hasta el mencionado controlador de
tensión PWM para proporcionar para cada una de las mencionadas fases
una tensión de compensación para añadirse a la mencionada tensión
nominal.
En una realización preferida y ventajosa, el
medio de cortocircuitado comprende una toma ordinaria de
cortocircuitado conectable con el mencionado extremo del cable para
ser conectada con la instalación consumidora para formar
cortocircuitos entre todos los conductores del cable.
En lo que sigue, se explicará la invención con
más detalle haciendo referencia a los dibujos que se acompañan, en
los cuales:
la figura 1 es un diagrama de bloques
simplificado que ilustra un sistema de alimentación eléctrica que
realiza el circuito de control de compensación de caída de tensión
de acuerdo con la invención, conectado vía un cable a una
instalación consumidora,
la figura 2 es un diagrama de bloques
simplificado que ilustra la determinación de los parámetros de
impedancia del cable para la matriz de modelo de cable para la
realización mostrada en la figura 1, cortocircuitando todos los
conductores en un cable, y
la figura 3 es un diagrama de bloques
simplificado que ilustra un ejemplo de las medidas individuales
consecutivas de la caída de tensión a lo largo de un único conductor
(A) y otro único conductor (N) para determinar los parámetros de
impedancia de cable en un cortocircuito.
La figura 1 ilustra un sistema 1 de fuente de
alimentación eléctrica que realiza el circuito 2 de control de
compensación de caída de tensión, de acuerdo con la invención. La
unidad 1 fuente de alimentación eléctrica está conectada vía un
cable 3 a instalación consumidora o carga 4. El cable 3 tiene un
extremo de alimentación y un extremo alejado, estando adaptado el
extremo de alimentación para conectarse con la unidad 1 fuente de
alimentación eléctrica y estando adaptado el extremo alejado para
conectarse con una carga 4.
En la realización preferida, la carga 4 es el
sistema eléctrico de una aeronave que permanece en una posición
estacionada en un aeropuerto. Dichos sistemas eléctricos de aeronave
son típicamente sistemas trifásicos que operan a frecuencias de 400
Hz y tensiones de 200 V con tres fases.
La unidad 1 fuente de alimentación eléctrica
incluye un inversor 12. El inversor 12 crea una tensión de salida de
400 Hz con tres fases a partir de una tensión de entrada de c.c. Si
se desea, el inversor podría incluir un medio rectificador para
convertir una tensión de entrada de 50 Hz o 60 Hz de c.a. en tensión
de c.c. antes de convertirla a 400 Hz de c.a.
El inversor 12 esta, en esta realización,
controlado por un controlador de tensión que incluye un modulador 13
de anchura de impulso. El modulador 13 de anchura de impulso modula
la tensión de c.c. a fin de crear la salida de c.a. a 400 Hz del
inversor 12. Esta tensión de c.a. se suministra al lado primario
abierto de un transformador 15 estrella-estrella
vía seis conductores 14. El lado secundario suministra una c.a.
trifásica y un neutro a una línea de salida con cuatro conductores
18 para las tres fases y neutro, respectivamente. En la salida de
transformador se puede proporcionar un filtro 16, 17 de pasa baja
para suavizar las formas de la onda.
El modulador 13 de anchura de impulso controla
que el inversor 12 entregue una tensión dada en la salida 32 de la
unidad 1 fuente de alimentación eléctrica. Con el fin de
proporcionar la tensión requerida en el extremo alejado del cable
3, donde éste se conecta a la carga 4, la tensión de configuración
necesita tener en consideración la caída de tensión del cable entre
la salida 32 de la unidad 1 fuente de alimentación eléctrica y la
carga 4. Esta caída de tensión depende de los parámetros del cable,
es decir, longitud de cable, construcción de cable, temperaturas,
etc.
La caída de tensión del cable necesita, de este
modo, ser compensada aumentando las tensiones en la salida 32. La
presente invención proporciona un nuevo e inventivo modo de efectuar
esta compensación.
En la realización de la figura 1, esta
compensación incluye el uso de un circuito 2 de control de
compensación de caída de tensión. El circuito 2 de compensación
calcula el ciclo de servicio del modulador 13 de anchura de impulso
necesario para obtener la tensión deseada en la salida 32.
El circuito 2 de control emplea un procedimiento
nuevo e inventivo para determinar la tensión de compensación. El
procedimiento se basa en una matriz [z] impedancia que representa un
modelo de cable. Durante el uso, en el punto 31 se mide un vector
\bar{I}_{A..C} corriente situado en la salida 32 de la unidad 1
de alimentación eléctrica. El vector \bar{I}_{A..C} corriente se
transforma al dominio de frecuencias mediante el uso de un medio
200 de transformación discreta de Fourier o DFT. El vector
resultante es una representación de los componentes fundamentales de
las corrientes trifásicas individuales y se multiplica,
subsiguientemente, en un nodo 201 de multiplicación con una matriz
[z] impedancia predeterminada de cable que se describirá con más
detalle más adelante. La matriz [z] representa un modelo de cable, y
es almacena en una memoria 202. Por un medio 203 de transformación
discreta inversa de Fourier o IDFT el resultado del vector
multiplicación en el nodo 201 se devuelve al dominio de tiempos
como una tensión calculada \bar{V}_{calcA..C} (no mostrado).
La salida de IDFT 203 es, pues, una
representación de la caída fundamental de tensión del cable 3 usando
la matriz de modelo de cable. La salida de 203 se añade en un nodo
204 sumador a una tensión \bar{V}_{refA..C} de referencia
configurada, por ejemplo 115 V, y una tensión \bar{V}_{AN..CN}
medida negativa también se añade en el mismo nodo. La tensión
\bar{V}_{refA..C} de referencia configurada es la tensión de
referencia predeterminada que se corresponde con la tensión deseada
en el extremo del cable alejado, y la tensión \bar{V}_{AN..CN}
medida negativa es el valor negativo de la tensión medida en la
salida 32 de la unidad 1 fuente de alimentación eléctrica, que es
la diferencia de tensión entre el conductor de fase correspondiente
y el conductor neutro en el extremo del cable de alimentación. El
resultado de la suma se usa como entrada para un controlador 205 de
tensión. La salida del controlador 205 de tensión se usa entonces,
como entrada para el PWM 13 como se mencionó en lo que antecede.
En una realización alternativa el IDFT 203 se
puede dispensar con, y una transformación de la tensión medida en un
vector \bar{V}_{AN..CN} se realiza con, otro DFT, mientras que
la tensión de referencia se suministra en forma de un vector
\bar{V}_{refA..C}, tal que la salida procedente del nodo 204
sumador esté en el dominio de frecuencias.
Como se mencionó en lo que antecede, los
parámetros de cable y, por ello las impedancias, pueden depender de
la construcción del cable, longitud de cable, temperaturas, etc. El
uso de la matriz impedancia en la presente invención permite una
ventaja importante. La ventaja reside en el hecho de que la unidad 1
fuente de alimentación eléctrica se puede adaptar prontamente a
diferentes tipos de cables, ya que únicamente implica una
actualización de la matriz para que concuerde con el cable 3 real
usado.
De acuerdo con un segundo aspecto de la inversión
la matriz [z] impedancia se puede determinar o actualizar para tales
cables diferentes, usado el procedimiento descrito en lo que sigue
haciendo referencia a las figuras 2 y 3.
El procedimiento para determinar la matriz de
modelo de cable o matriz [z] impedancia de cable de un cable 3 dado
implica cortocircuitar los conductores en el extremo alejado del
cable 3 como se muestra en la figura 2. Como se muestra
esquemáticamente, esto se puede efectuar ventajosamente conectando
una sencilla toma 34 ordinaria de cortocircuitado con el extremo de
carga del cable 3. También se puede efectuar conectando individual
y consecutivamente un conductor individual a otro conductor
individual como se muestra en la figura 3.
En la figura 2, R_{A}, R_{B}, R_{C},
R_{N} son los valores de resistencia, L_{A}, L_{B}, L_{C} y
L_{N} son los valores de reactancia de los conductores de las
fases A, B y C, y del conductor neutro N, respectivamente, y
M_{AB}, M_{AC}, M_{AN}, M_{BC}, M_{BN}, M_{CN} son los
valores mutuos de reactancia entre dos conductores
correspondientes.
De acuerdo con la invención, la determinación
completa de los parámetros de impedancia se realiza mediante seis
medidas consecutivas, para cada una de las cuales se suministra una
corriente \bar{I} de prueba predeterminada, que es la misma en
las seis medidas, a una única fase de los conductores A, B, C de
fase, con retorno a través de otro conductor individual, es decir,
de uno de los otros conductores de fase o del conductor neutro N,
como se muestra en la tabla en lo que sigue, y se mide la caída de
tensión del cable entre los extremos de los dos conductores
conectados con la unidad 1 de energía eléctrica como se muestra en
la figura 3.
| Alimentación | Retorno |
| A | N |
| B | N |
| C | N |
| A | B |
| B | C |
| A | C |
La figura 3 ilustra, a modo de ejemplo, la medida
\bar{V}_{AN} individual de caída de tensión a lo largo del
conductor A de fase y del conductor N de neutro, mediante el
suministro de la corriente \bar{I}_{A} de prueba al conductor A
y retorno por el conductor N neutro, por lo cual \bar{I}_{N} =
\bar{I}_{A}. Se muestra un conductor conectado al conductor
neutro con el fin de presentar los tres tipos de parámetros R, L y M
y corrientes \bar{I}_{A} e \bar{I}_{N} de los dos
conductores y la diferencia \bar{V}_{AN} medida de tensión que
es realmente la caída de tensión para el conductor monofásico y el
conductor de neutro combinados.
La relación entre las medidas de caída de tensión
y los parámetros de impedancia se pueden expresar por las
ecuaciones, suponiendo corrientes iguales y simétricas respecto de
la fase neutra:
- \bar{V}_{AN} = \bar{I} \cdot (R_{A} + R_{B} + j(L_{A} + L_{N}) - 2j M_{AN})
- \bar{V}_{BN} = \bar{I} \cdot (R_{B} + R_{N} + j(L_{B} + L_{N}) - 2j M_{BN})
- \bar{V}_{CN} = \bar{I} \cdot (R_{C} + R_{N} + j(L_{C} + L_{N}) - 2j M_{CN})
\vskip1.000000\baselineskip
- \bar{V}_{AB} = \bar{I} \cdot (R_{A} + R_{B} + j(L_{A} + L_{B}) - 2j M_{AB})
- \bar{V}_{BC} = \bar{I} \cdot (R_{B} + R_{C} + j(L_{B} + L_{C}) - 2j M_{BC})
- \bar{V}_{AC} = \bar{I} \cdot (R_{A} + R_{C} + j(L_{A} + L_{C}) - 2j M_{AC})
Todos los parámetros de impedancia de pueden
determinar, pues, calculando las partes real e imaginaria de estas
seis ecuaciones, en función de la tensión \bar{V}_{AN..AC}
medida.
Los parámetros de impedancia así determinado
ahora se pueden usar ahora para el establecimiento del modelo [z] de
cable, por ejemplo en formar una matriz con:
- Z_{AAN} = R_{A} + R_{N} + j(L_{A} + L_{N} – 2 M_{AN})
- Z_{ABN} = R_{N} + j(M_{AB} – M_{AN} + L_{N} – M_{BN})
- Z_{ACN} = R_{N} + j(M_{AC} – M_{AN} + L_{N} – M_{AN})
- Z_{BAN} = R_{N} + j(M_{AB} – M_{BN} + L_{N} – M_{AN})
- Z_{BBN} = R_{B} + R_{N} + j(L_{B} + L_{N} – 2M_{BN})
- Z_{BCN} = R_{N} + j(M_{BC} – M_{BN} + L_{N} – M_{CN})
- Z_{CAN} = R_{N} + j(M_{AC} - M_{CN} + L_{N} - M_{AN})
- Z_{CBN} = R_{N} + j(M_{BC} – M_{CN} + L_{N} – M_{BN})
- Z_{CCN} = R_{C} + R_{N} + j(L_{C} + L_{N} – 2M_{CN})
que dan lugar a la matriz [z]:
Esta matriz [z] de impedancia resultante se usa
ahora para almacenarse en la memoria 202 y en consecuencia para
calcular la tensión de salida del IDFT 203:
- V_{calc A..C} = IDFT \cdot ([z] \cdot DFT \cdot \bar{I}_{A..C})
El procedimiento de medida o calibrado para
determinar la matriz [z] de impedancia de cable mencionada en lo que
antecede se realiza típicamente cuando la GPU 1 se instala por vez
primera en una ubicación en un aeropuerto, y si un nuevo cable, por
ejemplo de una longitud diferente o construcción, se conecta a la
GPU. La tensión de referencia configurada se selecciona en este
instante o se preestablece al salir de fábrica.
Durante la operación el cable 3 se conecta a la
carga 4 de la aeronave, y como las tensiones de salida se cambian
por la compensación que actúa sobre el inversor 12, las corrientes
de carga responderán a este cambio y la compensación de cable
mostrará una respuesta amortiguada cuando ésta se aplique y también
una respuesta amortiguada por cambios en las corrientes de carga. De
este modo, el circuito 2 de compensación se proporciona para proceso
de compensación fiable y una GPU diseñada para los límites regulados
de la tensión en el extremo de carga del cable. El cable es de
acuerdo con la invención no tan crucial como en la técnica
anterior.
Además, la compensación también proporcionará la
tensión de salida correcta en el extremo de carga del cable 3
incluso en cargas desequilibradas, pues la compensación se realiza
en función de los parámetros de cable independientemente de la carga
4 real en el extremo alejado del cable 3.
Se debe entender que la descripción de lo que
antecede es únicamente un ejemplo de una realización de acuerdo con
la invención y que la invención se puede implantar de muchas otras
maneras sin abandonar el alcance de la invención como se define en
las reivindicaciones anejadas. En particular, la construcción del
cable no se restringe a un cable de cuatro conductores asimétricos,
sino que también pueden ser cables de cuatro conductores simétricos,
por ejemplo un cable simétrico de 6 ó 7 conductores. Además, otros
tipos de modulación tal como código de impulsos o posición de
impulso o una combinación se puede usar para controlar el inversor
12. El tipo de inversor 12 tampoco es importante para la invención,
pero podría ser cualquier tipo convencional, y podría suministrar
una frecuencia de 50 Hz o 60 Hz u otra cualquiera deseada, en lugar
de los 400 Hz habitualmente usados en aeronaves.
Claims (4)
1. Un procedimiento para compensar la caída de
tensión en un cable (3) multiconductor que comprende un cierto
número de conductores de fase y un conductor neutro, conectando el
mencionado cable una fuente de alimentación (1) eléctrica a una
instalación (4) consumidora que demanda el suministro de energía
eléctrica en c.a. poli-fásica de una frecuencia y
tensión nominal predeterminadas, en particular para el suministro de
energía en tierra a aeronaves que permanecen en posiciones de
estacionamiento de aeropuertos, que comprenden ajuste de la tensión
de salida de la fuente de alimentación eléctrica hasta un nivel por
encima de la mencionada tensión nominal, caracterizado por
las etapas de
a) determinar un juego de parámetros de
impedancia de cable mediante la inyección consecutiva de corriente
separada en la mencionada fuente de alimentación en cada conductor
de fase del cable, con retorno a través de cualquier otro conductor
individual del cable vía un cortocircuito formado en el extremo del
cable para ser conectado con la mencionada instalación (4)
consumidora y medida consecutiva, en la fuente de alimentación, de
la corriente inyectada y la caída de tensión entre el conductor en
cuestión para la inyección de corriente y cada uno de los otros
conductores individuales mencionados, para los cuales una
determinación de la caída de tensión al estar conectado con el
mencionado conductor en cuestión no se ha realizado previamente,
estando controladas las mencionadas medidas de corriente o de
tensión por la fuente de alimentación,
b) almacenar el mencionado juego de parámetros de
impedancia de cable en forma de matriz de una matriz modelo de cable
en una memoria (202) que forma parte de un circuito (2) de control
de compensación de caída de tensión en la fuente (1) de
alimentación,
c) determinar las representaciones vectoriales de
la componente fundamental de la corriente inyectada para cada fase
de la alimentación de c.a. polifásica,
d) calcular para las tres fases de la fuente de
alimentación de c.a. polifásica, un conjunto de representaciones
vectoriales de señales fundamentales de caída de tensión por
multiplicación matricial de las representaciones vectoriales de cada
uno de los mencionados componentes fundamentales de corriente por la
mencionada matriz de modelo de cable, y
e) usar las representaciones vectoriales de las
mencionadas señales fundamentales de caída de tensión como señales
referencia para un controlador (13) de tensión en la mencionada
fuente (1) de alimentación para producir para cada una de las
mencionadas fases una tensión de compensación para añadirse a la
mencionada tensión nominal.
2. Un procedimiento de compensación según la
reivindicación 1, caracterizado porque las mencionadas
componentes fundamentales de las corrientes individuales de salida
de fase suministradas por la fuente (1) de alimentación están
determinadas por la transformación discreta de Fourier de corrientes
de fase medidas por medida de la energía de cada fase suministrada
por la fuente de alimentación en la salida de la misma.
3. Un sistema de alimentación de corriente
eléctrica que incluye una fuente (1) de alimentación, que comprende
un inversor (12) de c.c. a c.a. y transformadores (15) de fase
conectados al mismo para el suministro de energía eléctrica
polifásica de una frecuencia y tensión nominal predeterminadas a una
instalación (4) consumidora a través de un cable (3)
multi-conductor que comprende un cierto número de
conductores de fase y un conductor neutro, comprendiendo la
mencionada fuente (1) de alimentación un controlador (13) de tensión
conectado al mencionado inversor (12) para el control individual del
nivel de tensión de cada fase producido por el mismo,
caracterizado porque un circuito (2) de control de
compensación de caída de tensión está conectado entre una salida de
la fuente (1) de alimentación y el mencionado controlador (13) de
tensión y comprende
f) medios para la inyección consecutiva de
corriente por separado en la mencionada fuente de alimentación en
cada uno de los conductores de fase del cable con retorno a través
de cualquier otro conductor individual del cable vía un
cortocircuito formado en el extremo del cable a ser conectado con la
mencionada instalación (4) consumidora,
g) medios para la medida consecutiva, en la
fuente de alimentación, de la corriente inyectada y de la caída de
tensión entre el conductor en cuestión para la inyección de
corriente y cada uno de los otros conductores (4) individuales
mencionados, para los cuales una determinación de la caída de
tensión cuando está conectado con el mencionado conductor en
cuestión no se ha realizado previamente,
h) medios para determinar un conjunto de
parámetros de impedancia de cable a partir de la mencionada
corriente inyectada y de las mencionadas medidas de caída de
tensión,
i) una memoria (202) que almacena una matriz de
modelo de cable, incluyendo el mencionado juego de parámetros de
impedancia de cable,
j) medios (200) de transformación discreta de
Fourier para determinar las representaciones vectoriales de los
componentes fundamentales de las mencionadas corrientes individuales
de fase,
k) medios (201) de multiplicación matricial para
calcular, para las fases de la fuente poli-fásica de
c.a., un conjunto de representaciones vectoriales de señales
fundamentales de caída de tensión mediante multiplicación matricial
de las representaciones vectoriales de los mencionados componentes
fundamentales de corriente por la mencionada matriz de modelo de
cable, y
l) medios (204, 205) para suministrar las
representaciones vectoriales de las mencionadas señales
fundamentales de caída de tensión como señales referencia hasta el
mencionado controlador de tensión (13) para proporcionar para cada
una de las mencionadas fases una tensión de compensación para
añadirse a la mencionada tensión nominal.
4. Un sistema de alimentación de corriente
eléctrica según la reivindicación en la reivindicación 3,
caracterizado porque el mencionado medio de cortocircuitado
comprende una toma (34) de cortocircuitado ordinaria conectable con
el mencionado extremo del cable (3) a ser conectada con la
instalación (4) consumidora para formar cortocircuitos entre todos
los conductores del cable (3).
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