ES2265530T3 - Procedimiento y dispositivo para la medicion de la impedancia en una red de alimentacion de energia electrica. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para la medición de la impedancia en una red de alimentación de energía a la frecuencia nominal de la misma, mediante inserción en la red de una corriente de comprobación, constituida por al menos una señal periódica con al menos una frecuencia de comprobación (f1, f2) que difiera de la frecuencia nominal, y medición de las variaciones así obtenidas de la corriente de red y de la tensión de red, caracterizado porque la corriente de red y la tensión de red son medidas durante un primer intervalo de tiempo (T1) preseleccionado sin inserción de la corriente de comprobación y durante un segundo intervalo de tiempo (T2) preseleccionado con inserción de la misma, porque se realiza un análisis de Fourier para la frecuencia de comprobación o las frecuencias de comprobación (f1, f2), respectivamente, de tal modo que para ambos intervalos de tiempo (T1, T2) se determinen, respectivamente, los coeficientes de Fourier complejos de la corriente de red y de la tensión de red para la frecuencia de comprobación o las frecuencias de comprobación, respectivamente, se deriven de ello diferencias complejas, características para variaciones de la corriente de red y de la tensión de red, y se empleen las diferencias para el cálculo de la impedancia de la red a la frecuencia de comprobación o las frecuencias de comprobación (f1, f2), respectivamente, y porque a partir de ello se determina la impedancia de la red de alimentación de energía a la frecuencia nominal.

Description

Procedimiento y dispositivo para la medición de la impedancia en una red de alimentación de energía eléctrica.

La presente invención se refiere a un procedimiento y un dispositivo de los tipos indicados en los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 16.

En la explotación de redes de alimentación de energía eléctrica se produce a veces la necesidad de desconectar la red completa, o partes de la misma, para todos los consumidores, o algunos de ellos, o bien de mantenerla desconectada después de una avería, a fin de garantizar un estado libre de tensión para la ejecución de trabajos de mantenimiento o reparación. Ello no resulta sin más posible cuando la red no es únicamente alimentada por una instalación de alimentación de energía central, sino también por fuentes de tensión descentralizadas, tales como por ejemplo instalaciones fotovoltaicas, ya que éstas continúan suministrando energía a la red incluso en el caso de una desconexión de red, o similares, efectuada por el operador de la instalación central, y dan por tanto lugar a una creación local de islas.

En el caso de existencia de fuentes de tensión descentralizadas, que en caso de una desconexión de red, o similares, no sean suficientes para cubrir el actual consumo energético y sufran por tanto particularmente una caída de tensión, puede evitarse una indeseada creación de islas mediante vigilancia de la tensión y desconexión automática de la respectiva instalación descentralizada al infrapasarse una tensión mínima prefijada. Si por el contrario la fuente de tensión descentralizada está en condiciones de continuar manteniendo la tensión de red dentro de estrechas tolerancias en cuanto a amplitud y frecuencia, incluso en el caso de una avería o desconexión parcial o total de componentes esenciales, entonces el método de vigilancia descrito no podría él solo dar lugar a una desconexión de la fuente de tensión descentralizada.

A fin de evitar, incluso en un tal caso, la creación de redes locales de islas que constituyan un riesgo para personas y/o instalaciones eléctricas, se conocen procedimientos y dispositivos del tipo mencionado al inicio. Estos tienen la finalidad de detectar variaciones inhabituales de impedancia en la red y de dar lugar, al alcanzarse valores críticos, a la desconexión de fuentes de tensión descentralizadas asociadas. Por regla general se exige una desconexión únicamente al producirse un aumento de impedancia en la red de 0,5 \Omega ó más (VDE 0126). Concretamente, se parte del supuesto de que tales variaciones de impedancia no se producen durante el funcionamiento normal de la red y son por tanto características para la avería o la deseada desconexión de una estación transformadora o similares. Una ulterior exigencia consiste en que la desconexión se produzca dentro de un período de tiempo de máximo cinco segundos a partir de la desconexión o la avería de la red, por lo que se requiere una vigilancia y medición de la impedancia de red continua o casi continua.

Para la medición de la impedancia de una red de alimentación de energía eléctrica se conocen diversos procedimientos y dispositivos. Una primera solución conocida preve incrementar primero en un determinado valor la corriente alimentada a un vibrador durante un período de red y reducirla en el próximo período de red a cero (DE-C-195 22 496). La diferencia del valor efectivo de la tensión de red medida en ambos períodos sirve, juntamente con la corriente alimentada conocida, para el cálculo de la impedancia de red. Por principio, este procedimiento opera a la frecuencia base de la red. En general, en este caso cabe esperar las máximas perturbaciones por ejemplo por parte de otros abonados a la red conectados. Además, la limitada duración de medición de respectivamente un período con alimentación y un período sin alimentación da lugar a una elevada sensibilidad de la medición a las perturbaciones. Esta sensibilidad a las perturbaciones debe compensarse mediante correspondientemente altas corrientes alimentadas. La puesta a disposición de estas corrientes requiere, en caso de alimentación del vibrador por fuentes de energía no gobernables, tales como por ejemplo generadores fotovoltaicos, correspondientes acumuladores de energía, que originan costos adicionales. Además, las relativamente elevadas variaciones de corriente con frecuencia de red generan indeseados retroefectos en la red, por ejemplo fluctuaciones.

Por otra parte es conocido realizar la medición de la impedancia de una red de alimentación de energía con ayuda de una impedancia de comprobación (DE-C-195 04 271). Sin embargo, ello requiere una costosa electrónica de potencia y adolece, debido a la medición a la frecuencia base de la red, de los mismos problemas de principio que los procedimientos arriba citados.

El problema de las perturbaciones con frecuencia base de la tensión de red pretende ser solucionado, según dos ulteriores propuestas conocidas (US-B-5 587 662 y US-B-5 818 245), por el hecho de que la impedancia de red sea medida a otras frecuencias que a la frecuencia base. Sin embargo, en este caso se realiza la medición únicamente durante la alimentación de una corriente de comprobación. Por consiguiente, en el subsiguiente análisis de los datos de medición perturbaciones ya existentes de la tensión de red dan lugar a errores en la determinación de la impedancia de red. Además, ambas propuestas preven únicamente la alimentación de corriente con una frecuencia de medición. Perturbaciones de la tensión de red a esta frecuencia dan entonces lugar a un considerable falseamiento del resultado de medición.

Finalmente se conocen procedimientos y dispositivos de los tipos arriba citados, en los que se consigue un ulterior perfeccionamiento mediante el empleo de una corriente de comprobación que esté compuesta de varios componentes de frecuencia (US-B-6 208 945). Al igual que en las propuestas anteriormente citadas, aunque la medición de la tensión de red y de la corriente de red se realizan bajo el efecto de la corriente de comprobación, perturbaciones ya existentes de la tensión de red dan lugar a un falseamiento de la medición.

Finalmente es conocido emplear, para la medición de la impedancia de una red de alimentación de energía, corrientes de comprobación en forma de impulsos (DE-A-100 06 443).

Estas corrientes comprenden en parte muy elevados componentes de frecuencia, en los que los valores medidos de la impedancia de red dependiente de la frecuencia no constituyen ya declaración razonable alguna sobre el estado de la red de alimentación de energía. Las perturbaciones de la tensión de red con estas corrientes en forma de impulsos constituyen también un inconveniente de este método.

Partiendo de este estado de la técnica, el problema técnico en que se basa la invención consiste en configurar los procedimientos y dispositivos arriba citados de tal modo que por efecto de la medición de la impedancia de red se produzcan únicamente ligeras perturbaciones en la red y la impedancia de red pueda ser determinada con suficiente exactitud incluso en caso de perturbaciones de la tensión de red y en caso de una frecuencia de red no constante.

Para la solución de este problema sirven las características de las reivindicaciones 1 y 15.

La invención aporta la ventaja de que, merced a la medición de la tensión de red y de la corriente de red a al menos una frecuencia distinta de la frecuencia de red, preferentemente armónica intermedia, pueden reducirse en gran medida influencias de perturbaciones de la tensión de red y de la frecuencia de red. Merced a la medición tanto con como también sin corriente de comprobación y a un correspondiente análisis de estos datos se reduce ulteriormente la sensibilidad del procedimiento a perturbaciones de la tensión de red. Además pueden emplearse corrientes de comprobación relativamente reducidas, continuas en el intervalo de comprobación, que no originen perturbaciones en la red ni den lugar a indeseados armónicos superiores. Ulteriormente es posible integrar los componentes constructivos precisados para la realización del procedimiento según la invención en gran medida en una fuente de corriente paralela a la red, de todos modos existente, lo cual permite globalmente una configuración particularmente económica del dispositivo según la invención.

Ulteriores características ventajosas de la invención se desprenden de las reivindicaciones dependientes.

A continuación se describirá más detalladamente la invención mediante ejemplos de realización de la misma y con relación a los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Fig. 1 muestra un ejemplo de realización del dispositivo según la invención, en forma de un esquema de bloques simplificado;

la Fig. 2 es una vista, similar a la de la Fig. 1, de una variante particularmente económica del dispositivo según la invención, en la que se aprovechan componentes de todos modos existentes en un rectificador; y

la Fig. 3 muestra esquemáticamente la trayectoria de la tensión de red y de la corriente de red durante un completo intervalo de comprobación mediante aplicación del procedimiento según la invención.

En la Fig. 1 se ilustra esquemáticamente una red convencional de alimentación de energía eléctrica (por ejemplo 230 V_{eff} 50 Hz), comprendiendo una fuente central de tensión alterna 1 y una impedancia 2 con el valor Z_{N}, que resulta, entre otros, de una pluralidad de consumidores no ilustrados, conectados paralelamente a la red. El dispositivo según la invención comprende, según la Fig. 1, una fuente de corriente alterna 3 gobernable, susceptible de ser adicionalmente conectada a la red en una conexión de red, mediante la cual puede insertarse en la red una corriente de comprobación, además de un dispositivo de medición 4 con dos entradas 5 y 6, así como una unidad de evaluación 7. Las entradas 5 y 6 del dispositivo de medición 4, convenientemente aplicadas a la red, sirven de manera en sí conocida para la captación y el procesamiento previo de valores de medición para la corriente de red (entrada 5, flecha I) y la tensión de red (entrada 6, flecha U). Bajo un "procesamiento previo" de los valores de medición obtenidos se entiende en este caso, por ejemplo, que la tensión medida de por ejemplo 325 V es reducida a un valor útil para fines de medición, procesamiento y gobierno, de por ejemplo 10 V, es separada galvánicamente de la red por motivos de seguridad, por ejemplo mediante medios ópticos o magnéticos, es filtrada según necesidad y es eventualmente transformada en un valor digital con ayuda de un convertidor analógico/digital, caso de que un procesamiento analógico de las señales de medición resulte indeseado. Correspondientemente pueden procesarse los valores de medición obtenidos para la corriente de red. Finalmente, en dos salidas 8 y 9 del dispositivo de medición 4 son entregadas señales de medición que son características para las corrientes de red y tensiones de red medidas. A estas salidas 8 y 9 está también conectada la unidad de evaluación 7, en la cual son evaluadas de acuerdo con el procedimiento según la invención las señales de medición obtenidas.

El procedimiento según la invención comienza con la medición de la corriente de red I y de la tensión de red U durante un primer intervalo de tiempo preseleccionado T1, que se indica en la Fig. 3. Concretamente, una delgada línea continua designa la corriente de red I, mientras que una gruesa línea continua designa la tensión de red U, presuponiéndose una frecuencia habitual de 50 Hz, aunque la invención puede naturalmente aplicarse, correspondientemente adaptada, también a otras redes con por ejemplo 60 Hz. Al inicio de un segundo intervalo de tiempo preseleccionado T2 (Fig. 3) es entonces insertada adicionalmente en la red, mediante la fuente de corriente gobernable 3, una corriente de comprobación, transmitiéndose por ejemplo mediante una salida 10 de la unidad de evaluación 7 una señal de inicio que inicia la inserción de la corriente de comprobación. De acuerdo con el ejemplo de realización, la corriente de comprobación es conectada y nuevamente desconectada sincrónicamente con un respectivo paso por cero de la tensión de red y de la corriente de red. La corriente de comprobación se compone, en el ejemplo de realización, de dos señales periódicas con las frecuencias f1 = 40 Hz y f2 = 60 Hz, que difieren ambas de la frecuencia nominal de 50 Hz de la red, con lo que resultan las variaciones de la trayectoria de corriente y de tensión ilustradas de forma exagerada en el intervalo de tiempo T2 de la Fig. 3.

Con ayuda del dispositivo de medición 4 son medidas, durante ambos intervalos de tiempo T1 y T2, que representan un ciclo de medición completo, las corrientes y tensiones. Con estos valores de medición se realiza en la unidad de evaluación 7 un análisis de Fourier, a fin de determinar, en base de los valores de medición obtenidos en el intervalo de tiempo T1 sin la corriente de comprobación y de los valores de medición obtenidos en el intervalo de tiempo T2 con la corriente de comprobación, la impedancia resultante Z_{N} de la red de alimentación de energía a la frecuencia nominal. Para ello se procede por ejemplo de la siguiente manera:

Primeramente se miden la corriente de red y la tensión de red durante el intervalo de tiempo T1 y se obtienen así los valores I_{T1} (t) y U_{T1} (t). A continuación (Fig. 3) se inserta la corriente de comprobación con las frecuencias f1 y f2, siendo

I_{Compr} = I_{f1}\cdot sin \ (2 \ \pi \ f1t) + I_{f2}\cdot sin \ (2 \ \pi \ f2t)

lo cual da lugar a valores de medición de la corriente de red y de la tensión de red I_{T2} (t) y U_{T2} (t).

Ahora se realiza en la unidad de evaluación 7 una transformación de Fourier discreta DFT, determinándose primeramente coeficientes de Fourier complejos de la corriente de red y de la tensión de red según las siguientes ecuaciones:

DFT(U_{T1} \ (t),f) = U_{T1}(f) = Re(U_{T1}(f)) + j \cdot Im(U_{T1}(f))

DFT(I_{T1} \ (t),f) = I_{T1}(f) = Re(I_{T1}(f)) + j \cdot Im(I_{T1}(f))

DFT(U_{T2} \ (t),f) = U_{T2}(f) = Re(U_{T2}(f)) + j \cdot Im(U_{T2}(f))

DFT(I_{T2} \ (t),f) = I_{T2}(f) = Re(I_{T2}(f)) + j \cdot Im(I_{T2}(f))

En éstas significan "Re" las partes reales y "Im" las partes imaginarias. Además, el cálculo se realiza cada vez por separado para las dos frecuencias f1 y f2 y, según puede apreciarse, por separado para los intervalos de tiempo T1 y T2, con lo que en total se obtienen ocho partes reales y ocho partes imaginarias.

En base de los coeficientes de Fourier se determinan ahora, mediante una formación de las diferencias de acuerdo con las siguientes ecuaciones, las diferencias complejas para los intervalos de tiempo T1 y T2, que son características para las variaciones de la corriente de red y de la tensión de red:

U_{DIF} \ (f) = Re(U_{T2}(f)) - Re(U_{T1}(f)) + j \ [Im(U_{T2}(f)) - Im(U_{T1} (f))]

I_{DIF} \ (f) = Re(I_{T1}(f)) - Re(I_{T2}(f)) + j \ [Im(I_{T1}(f)) - Im(I_{T2} (f))]

También en este caso se procede por separado para las frecuencias f1 y f2, con lo que se obtienen para cada una cuatro partes reales y cuatro partes imaginarias, respectivamente. En base de éstas pueden obtenerse las impedancias de red complejas de la siguiente manera:

Z_{N}(f) = \frac{U_{DIF} (f)}{I_{DIF} (f)},

lo cual proporciona, separadamente para f1 y f2, sendos valores Z_{N} (f1) y Z_{N} (f2), de los cuales es derivada la impedancia de red resultante a la frecuencia de red f_{RED} por la formación del promedio

Z (f_{RED}) = \frac{Z_{N}(f1) +Z_{N} (f2)}{2}

Un cálculo suficientemente exacto de la impedancia de red mediante formación del promedio es particularmente posible, en el ejemplo de realización, por el hecho de que las dos frecuencias de comprobación f1, f2 son elegidas, con por ejemplo 40 Hz y 60 Hz, preferentemente de forma simétrica a uno y otro lado de la frecuencia de red f_{RED}. Alternativamente, las frecuencias de comprobación podrían también ser de, por ejemplo, f1 = 45 Hz y f2 = 65 Hz o f1 = 10 Hz y f2= 100 Hz. En estos casos, la frecuencia de red resultante podría derivarse, en lugar de por formación del promedio, por ejemplo también por una aproximación mediante una recta en base de los valores de impedancia obtenidos para f1 y f2. De forma análoga sería posible constituir la corriente de comprobación a partir de solamente una única señal periódica con únicamente una frecuencia que difiera de la frecuencia de red. En este caso, el análisis de Fourier podría realizarse correspondientemente, debiéndose despejar las ecuaciones arriba indicadas solamente para una respectiva frecuencia. Además se obtendría solamente un valor

Z_{N}(f1) = \frac{U_{DIF} (f1)}{I_{DIF} (f1)},

con la consecuencia de que no serían posibles una formación de promedio y una aproximación mediante una recta. Sin embargo, como se obtienen las impedancias complejas y con ello también las trayectorias de frecuencia de las impedancias, puede calcularse de ello la impedancia a la frecuencia nominal.

En la descripción del ejemplo de realización se ha presupuesto, además, que se insertan corrientes de comprobación sinusoidales o que la corriente de comprobación está compuesta por señales sinusoidales. Sin embargo, ello no es necesariamente obligatorio, ya que por ejemplo también podría insertarse una corriente de comprobación triangular, que a su vez puede imaginarse compuesta por una pluralidad de señales sinusoidales con distintas frecuencias y, por consiguiente, permite un análisis de Fourier con una o varias de estas frecuencias.

En cada una de las casuísticas descritas se obtiene la ventaja pretendida por la invención de que también en el caso de impedancias dependientes de la frecuencia es posible una determinación de la impedancia de red a la frecuencia nominal de la red, determinándose primero selectivamente impedancias a frecuencias no existentes en la red y calculándose de ello, mediante una aproximación, la impedancia de red a la frecuencia nominal. Preferentemente se eligen para ello, para las frecuencias de comprobación empleadas, frecuencias armónicas intermedias, que tampoco aparecen en los armónicos superiores pertenecientes a la frecuencia de red. Con ello se obtiene un método de determinación que está en gran medida libre de perturbaciones en la red y que da también lugar, particularmente con la aplicación de frecuencias de comprobación que se hallen próximas a la frecuencia nominal, a resultados suficientemente exactos.

Los intervalos de tiempo T1 y T2 se eligen, para poder realizar un análisis de Fourier exacto, preferentemente idénticos y de tal modo que comiencen y terminen con la misma posición de fase, de manera que puedan conseguirse las mismas posiciones de fase para las fases con y sin corriente de comprobación. Ello resulta posible cuando T1 y T2 sean al menos tan largos como el mínimo común múltiplo del período de la frecuencia de red y de la o las frecuencias de comprobación, y por tanto en el intervalo de tiempo T2 aparezca cada uno de estos períodos al menos una vez. Para la frecuencia de red de 50 Hz y frecuencias de comprobación de 40 Hz y 60 Hz vale, por ejemplo:

T_{RED} = 1/f_{RED} = 20 \ ms

t1 = 1/f1 = 25 ms

t2 = 1/f2 = 16.667 ms,

de lo cual se desprende que el mínimo común múltiplo es en este caso 100 ms (véase la Fig. 3). Con t1 = 1/f1 = 22,222 ms (f1 = 45 Hz) y t2 = 1/f2 = 15,385 ms (f2 = 65 Hz) resultaría, por ejemplo, un mínimo común múltiplo de 200 ms. A fin de llegar en este caso a valores razonables, de acuerdo con la invención se propone elegir frecuencias de comprobación que estén comprendidas entre 9 Hz y 121 Hz.

Como la desconexión de las fuentes de tensión descentralizadas debe producirse lo más tarde dentro de cinco segundos a partir de la desconexión de la red o la avería de la red, el segundo intervalo de tiempo T2 es preferiblemente no superior a un segundo. Correspondientemente corto puede elegirse T1, de manera que en total se requiera un tiempo de medición de máximo 2 segundos. Sin embargo, de hecho bastan en el ejemplo de realización 200 ms para generar mediante la unidad de evaluación 7, en caso de detección de una variación de impedancia en la red de 0,5 \Omega o más, una señal que pueda servir para la desconexión de una fuente de tensión descentralizada y sea por ejemplo emitida en una salida 11 (Fig. 1) de la unidad de evaluación 7. Por consiguiente, sería suficiente efectuar el ciclo de medición de 200 ms de duración una vez cada cinco segundos.

La señal que aparece en la salida 11 puede generarse de distintas maneras. En el caso más sencillo la señal es una señal de comprobación que indica el valor determinado en la unidad de evaluación 7 para la impedancia de red, comprobándose mediante un sistema asociado a la fuente de tensión descentralizada si dicha fuente de tensión precisa ser desconectada o no. Alternativamente, la señal puede ser una señal de estado que indique si la impedancia de red es mayor o menor que lo que corresponde a un valor límite crítico. En este caso puede estar asociado a la fuente de tensión un dispositivo de desconexión que reaccione a la señal de estado. Una ulterior posibilidad consiste en generar en la salida 11, en el caso de que la variación de impedancia de red haya sobrepasado un valor límite crítico de por ejemplo 0,5 \Omega, una señal de conmutación que desactive o desacople de la red la fuente de tensión descentralizada. La forma en que se realice en cada caso la desconexión deseada de la fuente de tensión descentralizada puede hacerse depender de las necesidades de cada caso individual.

La transmisión de las señales del dispositivo de medición 4 a la unidad de evaluación 7, y de ésta a la fuente de corriente gobernable, respectivamente, puede realizarse según necesidad de forma analógica o digital.

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El dispositivo descrito en relación con la Fig. 1 se fabrica preferentemente como dispositivo compacto, alojado en una carcasa, tal como se indica mediante la línea circundante 12. La carcasa está en este caso dotada, hacia fuera, únicamente de las conexiones necesarias para la conexión de la fuente de corriente 3 y del dispositivo de medición 4 a la red y de la salida 11 destinada a la conexión a una fuente de tensión que deba ser vigilada o gobernada.

En contraposición a ello se ilustra en la Fig. 2, en la cual partes iguales se han dotado de los mismos números de referencia que en la Fig. 1, un rectificador de corriente 14 paralelo a la red, el cual está conectado a una fuente de tensión continua descentralizada 15, tal como por ejemplo una instalación fotovoltaica, convierte la corriente continua generada por ésta en corriente alterna y alimenta ésta a la red. Rectificadores de corriente 14 de este tipo pueden no solamente ser considerados como fuentes de corriente gobernables, sino que disponen también, por regla general, de medios para la detección de valores de medición de corriente o tensión, de una electrónica de potencia, de un gobierno electrónico 16 para ésta y de medios para la regulación de la corriente alimentada según amplitud y frecuencia. Por consiguiente, en un tal caso pueden aprovecharse, para la realización del dispositivo según la invención, los elementos constructivos o componentes de todos modos ya existentes, por principio, en el rectificador de corriente 14.

Tal como se indica en la Fig. 2, la fuente de corriente 3 según la Fig. 1 es por ejemplo sustituida por el rectificador de corriente 14 según la Fig. 2, de manera que el dispositivo según la invención ya solamente contiene el dispositivo de medición 4 y el dispositivo de evaluación 7, cuya salida 11 está vinculada con el gobierno 16 del rectificador de corriente 14. Por lo demás, el dispositivo alojado por ejemplo en una carcasa 17 opera igual como el dispositivo según la Fig. 1.

La inserción de la corriente de comprobación en la red se realiza, en el caso de la Fig. 2, por el hecho de que a la corriente base, que es generada por el rectificador de corriente 14 alimentado con energía eléctrica por la fuente de tensión continua 15, se superpone una corriente de comprobación. Ello puede por ejemplo realizarse por el hecho de que al valor de consigna de corriente del rectificador de corriente 14, dado por las condiciones de servicio, se superponga un valor de consigna para la corriente de comprobación, suministrando por tanto a la red el rectificador de corriente 14, durante los intervalos de tiempo T2, una corriente base modificada por la corriente de comprobación. Por consiguiente, el valor de consigna para la corriente de comprobación puede ser registrado, por ejemplo, en una memoria electrónica del rectificador de corriente 14, o ser generable por éste de cualquier otro modo, y ser activado durante los intervalos de tiempo T2. La activación puede realizarse con ayuda de una señal de conmutación emitida por la unidad de evaluación 7, que indique el comienzo y el final de los intervalos de tiempo T2 y que aparezca, por ejemplo, en una segunda salida 18 de la unidad de evaluación 7.

A fin de que las variaciones de la corriente de red y de la tensión de red, originadas por la corriente de comprobación, sean perturbadas lo menos posible por procesos que se desarrollen en la red, el dispositivo de medición 4 contiene preferentemente ya sea un bloqueo de banda adaptado a la frecuencia nominal de la red o filtros pasabanda adecuados a las frecuencias de comprobación f1, f2. Con ello resultan descartadas en gran medida perturbaciones por parte de señales que posean frecuencias diferentes a las frecuencias de comprobación f1, f2.

De acuerdo con un ulterior desarrollo de la invención, particularmente preferido, entre la fuente de corriente gobernable 3 ó 14, respectivamente, y la red está intercalada una impedancia de prueba 19 conocida (Fig. 2) con el valor Z_{1}, a la cual está conectado en paralelo un conmutador 20 gobernable o susceptible de ser conectado y desconectado. Una entrada de gobierno de este conmutador 20 está por ejemplo vinculada con una tercera salida 21 de la unidad de evaluación 7. La función de la impedancia de prueba 19 consiste en comprobar de tanto en cuanto el funcionamiento del dispositivo según la invención.

Para ello se procede esencialmente de la siguiente manera:

Con el conmutador 20 cerrado la impedancia de prueba 19 queda cortocircuitada. En este caso, el dispositivo opera de la manera arriba descrita, midiendo la impedancia de red 2. Si por el contrario el conmutador 20 es abierto por una señal de gobierno transmitida por la unidad de evaluación 7, entonces se mide con el dispositivo descrito la suma de las impedancias 2 y 19, es decir el valor Z_{N} + Z_{1}. Como Z_{1} es conocida, puede comprobarse con esta medición, cuando se desee si con la impedancia de prueba 19 se establece el esperado salto de impedancia en Z_{1} y el dispositivo trabaja por tanto de forma impecable.

En los ejemplos de realización arriba descritos se ha presupuesto que las señales de gobierno para el inicio y la finalización de la corriente de comprobación y la conexión o desconexión del conmutador 20 sean generadas o emitidas directamente por la unidad de evaluación 7. En alternativa sería naturalmente también posible prever para ello un dispositivo de gobierno especial.

Un ulterior ejemplo de realización preferente de la invención preve asociar, a cada dispositivo según la descripción precedente, una identificación individual, por ejemplo un número de serie o similares. La identificación está por ejemplo configurada de tal modo que, al insertarse la corriente de comprobación de dicho dispositivo, la misma sea automáticamente también alimentada a la red y pueda luego ser reconocida por, otros dispositivos también conectados a la red. Una tal identificación puede por ejemplo realizarse por el hecho de que a la corriente de comprobación generada por el respectivo dispositivo sea superpuesta adicionalmente una corriente con una muy elevada frecuencia, que sea distinta para cada dispositivo y que no influencie ni la medición deseada de la impedancia de red ni el análisis de Fourier realizado a tal fin. Alternativamente, la disposición podría también ser tal que cada dispositivo alimentase a la red una trayectoria de corriente característica para la respectiva identificación. La identificación puede prefijarse por el fabricante para cada dispositivo individual, registrándola por ejemplo en una memoria de la unidad de evaluación 7, ajustándola mediante una posición codificada de un conmutador o asignándola de cualquier otro modo. Correspondientemente, en este caso el dispositivo de medición 4 ó la unidad de evaluación 7 de cada dispositivo se dotan de un dispositivo de identificación que compruebe y analice la corriente de red medida en cuanto a la existencia de una tal identificación.

Cuando están conectadas en paralelo a la red una pluralidad de fuentes descentralizadas de tensión o corriente 3 ó 14, respectivamente, entonces es posible, con ayuda de las identificaciones descritas y de un sencillo gobierno adicional, insertar una corriente de comprobación en la red, en un determinado instante, siempre sólo mediante un único dispositivo o mediante un número preseleccionado de los respectivos dispositivos. De esta manera puede evitarse que en la red se inserten, en un instante cualquiera, un número desconocido de corrientes de comprobación y se consigan con ello resultados de medición falseados. A este respecto seria por ejemplo posible programar el dispositivo de tal modo que liberase un ciclo de medición a iniciar por el mismo, y particularmente el intervalo de tiempo T2 a activar por el mismo, solamente cuando en el mismo instante ningún otro dispositivo insertase una corriente de comprobación, o que bloquease la liberación de la propia corriente de comprobación durante tanto tiempo como fueran insertadas en la red corrientes de comprobación de otros dispositivos. En otras palabras, con ello puede conseguirse que cada dispositivo tenga en consideración, durante la evaluación de su propio cálculo de impedancia, si simultáneamente han sido activadas también las corrientes de comprobación de otros dispositivos. Como los intervalos de tiempo T1 y T2 son, de acuerdo con el arriba citado ejemplo de realización, de únicamente 100 ms cada uno, pero para la desconexión de la fuente de tensión descentralizada 15 se dispone por ejemplo de cinco segundos, podrían teóricamente operarse veinticinco dispositivos sin que dos o más dispositivos tuvieran que emitir simultáneamente corrientes de comprobación. Una particular ventaja de la forma de proceder descrita consiste, además, en que las distintas fuentes de corriente pueden operar independientemente entre sí y sin un gobierno temporal o similar superpuesto.

La invención no queda limitada a los ejemplos de realización descritos, que permiten múltiples variantes. Particularmente, los dispositivos descritos pueden emplearse para la vigilancia y/o desconexión de alimentadores de red distintos a los descritos alimentadores de red fotovoltaicos. Concretamente, y tal como se ilustra en las Figs. 1 y 2, es en principio indiferente si los distintos componentes o funciones de los dispositivos están ya total o parcialmente presentes en el respectivo alimentador de red o precisan ser adicionalmente incorporados o implementados en éste. También el método de cálculo para la impedancia de red empleado en cada caso individual puede ser distinto al descrito, a cuyo fin cada unidad de evaluación 7 se equipa convenientemente con los ordenadores necesarios (microcontroladores, procesadores o similares) y el respectivo software. Además es evidente que los procedimientos y dispositivos descritos en relación con una red monofásica pueden aplicarse de forma análoga también en redes trifásicas, asociando por ejemplo a cada fase un propio dispositivo o conmutando un único dispositivo existente alternativa y sucesivamente a cada una de las tres fases. Ulteriormente es posible transmitir las informaciones emitidas por la unidad de evaluación 7 en la salida 11, a través de la red, a un puesto de gobierno central y/u a otros dispositivos. Viceversa puede transmitirse desde la central, y a través de la red, informaciones o señales de gobierno a uno o varios dispositivos. De esta manera pueden por ejemplo, en caso necesario, desconectarse todos los dispositivos y las fuentes de tensión vinculadas a los mismos desde una central, o transmitirse a la central señales de estado de todos los dispositivos acoplados. La transmisión se realiza, por ejemplo, por una modulación de alta frecuencia de la tensión de red con ayuda de módems de cable de red (power line communication bidireccional). Finalmente se sobreentiende que las diversas características pueden también aplicarse, dentro del ámbito de las siguientes reivindicaciones, en combinaciones distintas a las ilustradas y descritas.

Claims (27)

1. Procedimiento para la medición de la impedancia en una red de alimentación de energía a la frecuencia nominal de la misma, mediante inserción en la red de una corriente de comprobación, constituida por al menos una señal periódica con al menos una frecuencia de comprobación (f1, f2) que difiera de la frecuencia nominal, y medición de las variaciones así obtenidas de la corriente de red y de la tensión de red, caracterizado porque la corriente de red y la tensión de red son medidas durante un primer intervalo de tiempo (T1) preseleccionado sin inserción de la corriente de comprobación y durante un segundo intervalo de tiempo (T2) preseleccionado con inserción de la misma, porque se realiza un análisis de Fourier para la frecuencia de comprobación o las frecuencias de comprobación (f1, f2), respectivamente, de tal modo que para ambos intervalos de tiempo (T1, T2) se determinen, respectivamente, los coeficientes de Fourier complejos de la corriente de red y de la tensión de red para la frecuencia de comprobación o las frecuencias de comprobación, respectivamente, se deriven de ello diferencias complejas, características para variaciones de la corriente de red y de la tensión de red, y se empleen las diferencias para el cálculo de la impedancia de la red a la frecuencia de comprobación o las frecuencias de comprobación (f1, f2), respectivamente, y porque a partir de ello se determina la impedancia de la red de alimentación de energía a la frecuencia nominal.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la corriente de comprobación se constituye de al menos dos señales periódicas con frecuencias de comprobación (f1, f2) distintas de la frecuencia nominal, mediante análisis de Fourier se determinan las impedancias resultantes para cada frecuencia de comprobación (f1, f2), y la impedancia de la red de alimentación de energía se deriva por aproximación a partir de las impedancias obtenidas para las frecuencia de comprobación (f1, f2).

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque para la constitución de la corriente de comprobación se emplean señales sinusoidales.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la corriente de comprobación se constituye de dos señales cuyas frecuencias de comprobación (f1, f2) se hallan simétricamente a uno y otro lado de la frecuencia nominal.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la impedancia de la red de alimentación de energía se obtiene mediante formación del promedio de las impedancias determinadas a ambas frecuencias de comprobación (f1, f2).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque los dos intervalos de tiempo (T1, T2) son al menos tan largos como el mínimo común múltiplo de los períodos de la frecuencia de red y de las frecuencias de comprobación (f1, f2).

7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque el segundo intervalo de tiempo (T2) no es mayor que un segundo.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 7, caracterizado porque las dos frecuencias de comprobación (f1, f2) se hallan entre 9 Hz y 121 Hz.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la inserción de la corriente de comprobación y las variaciones resultantes de ello se realizan con la misma posición de fase que la medición de la corriente de red y de la tensión de red sin inserción de la corriente de comprobación.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque de la impedancia determinada para la frecuencia nominal se deriva una señal de comprobación, estado o conmutación.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque la inserción de la corriente de comprobación se realiza con ayuda de un rectif1cador de corriente paralelo a la red.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque para la detección de la corriente de red y la tensión de red se emplea un rectificador de corriente (14) paralelo a la red.

13. Procedimiento según la reivindicación 11 ó 12, caracterizado porque se superpone un valor de consigna de la corriente de comprobación a un valor de consigna para la corriente de red generado en el rectificador de corriente.

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque el valor de consigna de la corriente de comprobación es transmitido al rectificador de corriente (14) por una unidad de evaluación (7) independiente.

15. Dispositivo para la medición de la impedancia en una red de alimentación de energía a la frecuencia nominal de la misma, comprendiendo un medio (3, 14) para la inserción en la red de una corriente de comprobación, un dispositivo de medición (4) para la medición de la corriente de red, de la tensión de red y de las variaciones de la corriente de red y de la tensión de red obtenidas por la inserción de la corriente de comprobación, así como una unidad de evaluación (7) acoplada al dispositivo de medición (4), caracterizado porque está preparado para la realización del procedimiento según una o varias de las reivindicaciones 1 a 14.

16. Dispositivo según la reivindicación 15, caracterizado porque dicho medio (3, 14) comprende una fuente de corriente gobernable.

17. Dispositivo según la reivindicación 16, caracterizado porque la fuente de corriente está sometida al gobierno de la unidad de evaluación (7).

18. Dispositivo según la reivindicación 16 ó 17, caracterizado porque la fuente de corriente gobernable consiste en un rectificador de corriente (14) paralelo a la red.

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque el dispositivo de medición (4) es al menos parcialmente parte integrante del rectificador de corriente (14).

20. Dispositivo según la reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque la unidad de evaluación (7) es al menos parcialmente parte integrante del rectificador de corriente (14).

21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18 a 20, caracterizado porque el rectificador de corriente (14) adapta la corriente de red a un valor de consigna de corriente y la corriente de comprobación es generada por correspondiente variación de dicho valor de consigna de corriente.

22. Dispositivo según la reivindicación 21, caracterizado porque el valor de consigna de la corriente de comprobación es susceptible de ser generado en el rectificador de corriente (14) o de ser registrado en una memoria del rectificador de corriente (14) y es conectable y desconectable a raíz de señales de la unidad de evaluación (7).

23. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 22, caracterizado porque el dispositivo de medición (7) comprende un bloqueo de banda adaptado a la frecuencia nominal.

24. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 23, caracterizado porque el dispositivo de medición comprende filtros pasabanda adaptados a las frecuencias de comprobación.

25. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 24, caracterizado porque comprende una impedancia de prueba (19) conocida, intercalada entre la fuente de corriente y la red, con un conmutador gobernable (20) conectado en paralelo a la misma.

26. Dispositivo según la reivindicación 25, caracterizado porque el conmutador (20) está bajo el gobierno de la unidad de evaluación (7).

27. Dispositivo según una de las reivindicaciones 15 a 26, caracterizado porque está provisto de una identificación individual, alimentable a la red, así como de medios para el análisis y la consideración de identificaciones alimentadas a la red de otros dispositivos correspondientes.