ES2333838B2 - Procedimiento para la compensacion de los desequilibrios en el suministro de energia electrica, asi como el dispositivo compensador para supuesta en practica. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, así como el
dispositivo compensador para su puesta en práctica.
Procedimiento que busca la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, que puede ser
implementado en dos alternativas, a) variable continuo y b) variable
discreto a escalones, que consta de las siguientes etapas:
Adquisición de señales, Medida de corrientes, Medidas de potencias
activas y reactivas, calculo de las potencias de desequilibrio,
establecimiento de un valor de referencia que puede ser el valor de
los escalones de activa y reactiva o valor máximo de las corrientes
de activa y reactiva y cálculo de las admitancias del compensador y
de corriente del compensador en el caso de un compensador variable,
donde dispositivo consta de un circuito de potencia (condensadores y
bobinas) y un circuito de control (adquisición de señales y programa
de medida de los desequilibrios).
Description
Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, así como el
dispositivo compensador para su puesta en práctica.
El objeto al cual se refiere la invención de la
presente solicitud, es un "Procedimiento para la compensación de
los desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, así como
el dispositivo compensador para su puesta en prác-
tica".
El Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, así como el
dispositivo compensador para su puesta en práctica objeto de la
presente invención permite equilibrar (balancear) los suministros
de energía de la red eléctrica trifásica a cualquier receptor o
instalación eléctrica monofásica o trifásica, con consumos
energéticos variables en el tiempo. El Procedimiento también puede
ser aplicado a receptores e instalaciones eléctricas, monofásicas o
trifásicas, con consumos energéticos fijos.
El dispositivo compensador de desequilibrios
variable, para la puesta en práctica de la presente invención,
obtenido a partir del Procedimiento, puede ser implementado de dos
maneras alternativas: a) variable continuo y b) variable discreto o
a escalones. En este último caso, se establece el concepto de
escalón de asimetría o de desequilibrio como parámetro de diseño
fundamental del dispositivo compensador. Asimismo, se distinguen en
el dispositivo compensador el escalón de asimetría o de
desequilibrio de las cargas activas y el escalón de asimetría o de
desequilibrio de las cargas reactivas.
\vskip1.000000\baselineskip
Los desequilibrios de las cargas eléctricas dan
lugar a suministros de energía de distinto valor en cada fase de
las redes eléctricas trifásicas. Este funcionamiento es
ineficiente, ya que son necesarias mayores corrientes para
transferir un determinado valor de energía útil o activa, lo cual
implica un incremento de las pérdidas energéticas, por Joule, así
como un incremento de la potencia necesaria de los transformadores
y generadores eléctricos.
Una de las técnicas utilizadas desde antiguo
para reducir estos efectos adversos de los desequilibrios es el
reparto equitativo de cargas entre las tres fases de la red
eléctrica. Esta medida tiene efectos limitados sobre los
desequilibrios y es de difícil aplicación en baja tensión, debido a
la gran diversidad de cargas eléctricas monofásicas y su empleo no
coordinado.
Otra solución conocida para paliar los efectos
de los desequilibrios es el empleo de "filtros activos". Estos
dispositivos son convertidores electrónicos que tienen la capacidad
de suministrar un sistema de corrientes igual a las corrientes de
desequilibrio originadas por las cargas desequilibradas. Existen
patentados un gran número de filtros activos, cuya diferencia
estriba, fundamentalmente, en el circuito de control (hardware y
software) necesario para la obtención de las corrientes de
desequilibrio. No obstante, los filtros activos son escasamente
utilizados en la mayoría de las aplicaciones industriales, debido a
su elevado precio, y no suelen ser aplicados para la compensación de
desequilibrios sino para la eliminación de las distorsiones
armónicas.
También son conocidos los "filtros de
secuencia" a tres y a cuatro hilos, patentados por la
Universidad Politécnica de Valencia (ES 2 156 828 y ES 2 169 651).
Se trata de dispositivos pasivos, formados por bobinas y
condensadores, que son capaces de equilibrar cargas fijas. No son
útiles para la compensación de los desequilibrios originados por
cargas variables.
\vskip1.000000\baselineskip
La finalidad de la invención, que constituye el
objeto de esta Patente, consiste en la superación de los
inconvenientes propios de los dispositivos de compensación de los
desequilibrios actualmente disponibles, precedentemente descritos,
y su sustitución por compensadores de desequilibrios variables,
activos y pasivos, basados en la Teoría Unificadora de la Potencia
Eléctrica, desarrollada por los autores de esta invención.
El procedimiento para la compensación
discreta (a escalones) de los desequilibrios en el suministro de
energía eléctrica, comprende las siguientes operaciones:
A partir de las muestras obtenidas por el
Sistema físico de medida y adquisición de señales eléctricas del
dispositivo, se obtienen las matrices de valores eficaces (V_{z},
I_{z}) y fases iniciales (\alpha_{vz}, \alpha_{rz}) de
tensión e intensidad de frecuencia fundamental de cada fase
(z=1,2,3) de la red eléctrica.
Con las matrices anteriores se obtienen las
matrices de los valores eficaces de las corrientes activas y
reactivas de cada fase de la red eléctrica (I_{az}, I_{rz}),
según las siguientes expresiones:
Asimismo y en base a las matrices de tensiones y
a las matrices de las corrientes activas y reactivas, se obtienen
las matrices de las potencias activas y reactivas de cada fase de
la red eléctrica (P_{z}, Q_{z}) como:
Cualquier variación de la corriente activa
(\DeltaI_{az}) o de la potencia activa (\DeltaP_{z}) en una
fase de la red eléctrica respecto del valor correspondiente al
suministro equilibrado, produce un desequilibrio, cuya magnitud
está definida por la potencia de desequilibrio debida a las cargas
activas de dicha fase, obtenida por la expresión:
Asimismo, una variación de la corriente reactiva
(\DeltaI_{rz}) o de la potencia reactiva (\DeltaQ_{z}) en
cada fase de la red eléctrica respecto de los valores
correspondientes al suministro equilibrado, da lugar a un
desequilibrio, de valor definido por la potencia de desequilibrio
causada por las cargas reactivas de dicha fase, expresada como:
La potencia de desequilibrio de cada fase de la
red eléctrica define el efecto conjunto del desequilibrio provocado
por las cargas activas y reactivas de cada fase. Se obtiene por
cualquiera de las siguientes expresiones:
En una realización preferida de la invención,
las variaciones de corrientes activas y reactivas de cada fase,
necesarias determinar las potencias de desequilibrio debidas a las
cargas activas y reactivas de cada fase de la red eléctrica, se
obtienen por la diferencia entre la corriente activa y reactiva de
cada fase (I_{az}, I_{rz}) y el valor mínimo de estas corrientes
en la red eléctrica (I_{az \ min}, I_{rz \ min}):
En otra realización preferida, las variaciones
de potencias activas y reactivas de cada fase, necesarias para
determinar las potencias de desequilibrio debidas a las cargas
activas y reactivas de cada fase de la red eléctrica, se obtienen
por la diferencia entre la potencia activa y reactiva de cada fase
(P_{z}, Q_{z}) y su valor mínimo (P_{z \ min}, Q_{z \
min}):
Para un compensador de desequilibrio pasivo,
variable a escalones, se define el escalón de desequilibrio como la
menor potencia de desequilibrio que puede suministrar el
compensador de desequilibrio. Cuanto más pequeño sea el escalón,
tanto más precisa será la compensación del desequilibrio, pero el
dispositivo compensador deberá tener más escalones; por ello, su
circuito de control o regulador será más complejo, y el compensador
más caro. El valor de la potencia del escalón puede establecerse:
1) en base al análisis de la red eléctrica que se desea compensar y
2) con un valor predeterminado, en caso de fabricación en
serie.
El número de escalones de activa (N_{p}) y de
reactiva (N_{q}) son la parte entera del valor que,
respectivamente, resulta de dividir las potencias de desequilibrio
máximas debidas a las cargas activas y reactivas (A_{p \ max},
A_{q \ max}), que pueden presentarse en cualquier fase de la red
eléctrica, y los escalones de desequilibrio de las cargas activas y
reactivas (A_{p \ esc}, A_{q \ esc}).
Los compensadores de desequilibrio variables
deben tener el mismo número de escalones de activa en cada fase, e
igualmente el mismo número de escalones de reactiva. Pero durante
el funcionamiento normal del compensador no siempre son utilizados
todos los escalones disponibles. Por esta razón, se definen el
número de escalones de activa y de reactiva que deben ser
conectados en cada fase (N_{pz}, N_{qz}) como la parte entera
del cociente entre las potencias de desequilibrio debidas a las
cargas activas y reactivas (A_{pz}, A_{qz}), medidas en
cualquier instante, según el tercer paso, y la potencia del escalón
(A_{p \ esc}, A_{q \ esc}):
\vskip1.000000\baselineskip
Si estos cocientes son números enteros los
desequilibrios originados por las cargas activas y reactivas son
compensados completamente. Si alguno de ellos, o los dos, son
números fraccionarios, el compensador suministrará potencias de
desequilibrio (A^{r}_{pz}, A^{r}_{qz}) diferentes de las
provocadas por las cargas activas (A_{pz}, A_{qz}):
\vskip1.000000\baselineskip
En este caso, la compensación del desequilibrio
no será completa, sino aproximada.
En una primera realización preferida del
compensador discreto, a escalones, las admitancias complejas de sus
elementos se obtienen por las siguientes expresiones generales:
En donde Ap^{r}_{pz}, A^{r}_{qz} son los
valores reales de las potencias de desequilibrio suministradas por
el compensador, V es el valor eficaz de las tensiones simples de
las fases y j es la unidad imaginaria.
En una segunda realización preferida del
compensador discreto, a escalones, en la que los escalones de
activa y de reactiva están separados, las impedancias complejas de
cada escalón se expresan como:
- Escalones de activa:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- Escalones de reactiva:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El número de escalones de activa y de reactiva a
conectar en esta última realización preferida está definido por
N_{pz} y N_{qz}, definidos en la operación 5.
El procedimiento para la compensación variable,
continua, de los desequilibrios en el suministro de energía
eléctrica, comprende las siguientes operaciones, además de las
primera, segunda y tercera indicadas para los compensadores de
desequilibrio discretos:
Deben fijarse unos valores de referencia máximos
para las variaciones de las corrientes activa (\DeltaI_{a \
max}) y reactiva (\DeltaI_{r \ max}), de tal forma que si las
variaciones de corrientes activa y reactiva de cada fase
(\DeltaI_{az}, \DeltaI_{rz}), obtenidas según la tercera
operación del compensador discreto, superan estos valores de
referencia, el circuito de control del compensador continuo actúe
sobre los interruptores del circuito de potencia.
Las corrientes suministradas por el compensador
de desequilibrios continuo se obtienen como:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Expresiones en las que \overline{V}_{z}
(z=1,2,3) son las tensiones de las fases de la red eléctrica,
(\overline{V}_{12}, \overline{V}_{23}, \overline{V}_{31}) son
las tensiones de línea de la red eléctrica, y las admitancias se
expresan como:
En donde V es el valor eficaz de las tensiones
de fase de la red eléctrica, j es la unidad imaginaria y las
variaciones de corrientes activas y reactivas de cada fase
(\DeltaI_{az}, \DeltaI_{rz}) se obtienen tal como se indicó
en la tercera operación del compensador discreto, a escalones.
El dispositivo de puesta en práctica para
la compensación de los desequilibrios de las redes eléctricas
consta de un circuito de potencia y de un circuito de control.
En una primera realización preferida de los
compensadores discretos, a escalones, el circuito de potencia está
formado por bobinas y condensadores variables, obtenidos a partir
de un condensador fijo y una bobina variable, asociados en serie o
en paralelo. En una segunda realización preferida de los
compensadores discretos, a escalones, el circuito de potencia está
formado por varios escalones de activa y de reactiva formados por
bobinas y condensadores, que pueden ser ajustados a voluntad y
conectarse y desconectarse mediante contactores o interruptores
estáticos.
Los elementos del circuito de potencia de los
compensadores de desequilibrios continuos está formado por
interruptores estáticos.
Los circuitos de control de los compensadores de
desequilibrios de las redes eléctricas, tanto discretos como
continuos, que son objeto de la presente invención, están formados
por un Sistema físico de medida y adquisición de señales eléctricas
(hardware), y un Programa de medida de los desequilibrios
(software) desarrollado por los mismos autores de la invención. El
sistema de medida y adquisición de señales eléctricas se compone
de:
- -
- Sensores de medida de tensión e intensidad del sistema eléctrico, encargados de medir los valores instantáneos de dichas variables.
- -
- Acondicionadores de señal que adaptan la corriente del secundario de cada sensor, al nivel de tensión aplicable a las entradas analógicas de la tarjeta de adquisición.
- -
- Tarjeta de adquisición, encargada de convertir las señales analógicas de tensión e intensidad, en una serie de muestras discretas que se utilizan como entrada en el programa de medida de la potencia eléctrica.
- -
- Sistema procesador, con una placa base en la que se coloca la tarjeta de adquisición para que se puedan intercambiar las muestras discretas de las señales de tensión e intensidad, con el Programa de medida de la potencia eléctrica.
\vskip1.000000\baselineskip
El Programa o software para la medida de los
desequilibrios y el funcionamiento del circuito de control
(regulador) se compone de las siguientes partes de programación
(módulos de programa):
- -
- Módulo de adquisición, encargado de adquirir muestras de tensión e intensidad, que se guardan en un vector para cada tensión e intensidad.
\newpage
\global\parskip0.850000\baselineskip
- -
- Módulo de análisis, encargado de obtener las matrices, en valor eficaz y en fase, de las tensiones e intensidades, para la frecuencia fundamental, a partir de las muestras adquiridas en el módulo anterior; obteniéndose además los valores eficaces de las intensidades activas y reactivas de cada fase, por integración numérica.
- -
- Módulo de potencias activas y reactivas, encargado de calcular los valores de las potencias activas y reactivas de cada fase, a partir de los valores eficaces de tensiones e intensidades obtenidos en el módulo anterior.
- -
- Módulo de desequilibrios, encargado de obtener las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y reactivas a partir de las variaciones de corrientes o de las variaciones de las potencias activas y reactivas de cada fase respecto de los valores correspondientes al sistema equilibrado.
- -
- Módulo de escalón de desequilibrio (únicamente para compensadores discretos), encargado de determinar el número de escalones de activa y de reactiva a utilizar en cada instante, a partir de los valores obtenidos del módulo de desequilibrios y de la potencia fijada para el escalón de activa y de reactiva.
- -
- Módulo de referencia de corrientes (únicamente para compensadores continuos), encargado de comparar las variaciones de corriente activa y reactiva de cada fase con unos valores máximos fijados como referencia.
- -
- Módulo de admitancias, encargado de obtener los valores de las admitancias complejas de los elementos del compensador, que determinan las corrientes suministradas por el compensador.
- -
- Módulo de corrientes suministradas (únicamente para compensadores continuos), encargado de obtener las corrientes de desequilibrio que debe suministrar el compensador, obtenidas a partir del módulo de admitancias.
Para complementar la descripción de la invención
y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de sus
características, de acuerdo con ejemplos preferentes de realización
práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha
descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y
no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Muestra esquemáticamente los
elementos integrantes de una realización preferente del compensador
de desequilibrios variable, a escalones, la conexión entre dichos
elementos y la conexión del compensador a la red eléctrica y a la
instalación desequilibrada.
Figura 2.- Muestra una realización preferida del
compensador anterior con condensadores y bobinas variables.
Figura 3.- Muestra esquemáticamente otra
realización preferente de un compensador de desequilibrios
variable, a escalones, y su conexión a la red eléctrica y a la
instalación desequilibrada.
Figura 4.- Muestra la constitución y los
elementos integrantes de escalones de activa y reactiva ajustables
en valor, para el compensador variable, a escalones, anterior.
Figura 5.- Muestra el diagrama de flujos de las
operaciones correspondientes al procedimiento para un compensador
variable, a escalones.
Figura 6.- Muestra el diagrama de flujos de las
operaciones correspondientes al procedimiento para un compensador
variable, continuo.
Figura 7.- Muestra las partes que componen el
circuito de control de cualquier compensador de desequilibrios
variable, acuerdo con otra realización preferida de la
invención.
Para mostrar con claridad la naturaleza y el
alcance de la aplicación ventajosa del Procedimiento para la
compensación de los desequilibrios en el suministro de la energía
eléctrica, así como el dispositivo para su puesta en
práctica, se describen seguidamente las características
operacionales de dispositivo compensador y del procedimiento de
compensación de los desequilibrios seguido, haciendo referencia a
los diagramas que, por representar realizaciones preferentes de
aquellos, con carácter informativo, deben considerarse en su
sentido más amplio y no como limitadores de la aplicación y el
contenido de la invención.
Una posible realización del procedimiento
para la compensación de los desequilibrios en el suministro de
energía eléctrica, objeto de la presente invención, se muestra en
la figura 5 y comprende las siguientes operaciones:
- Adquisición de señales eléctricas (A)
procedentes del medio de adquisición de datos (10) mostrado en la
figura 7, del que se obtienen N muestras de tensiones y corrientes
de cada fase de la red trifásica, cuyo número depende de la
frecuencia de muestreo, f_{m}. Tras un filtrado digital de dichas
muestras mediante un filtro digital paso bajo FIR o IIR, se generan
dos matrices, v_{1}(n) e i_{1}(n), formadas por
las N muestras de tensiones y corrientes de cada fase
correspondientes a la frecuencia fundamental (50 Hz ó 60 Hz).
\global\parskip1.000000\baselineskip
- Medida de corrientes de las fases (B). De la
medida anterior quedan definidos los fasores temporales de
frecuencia fundamental de las tensiones y corrientes de las fases
[(\overline{V}_{1}, \overline{V}_{2}, \overline{V}_{3}),
(\overline{I}_{1}, \overline{I}_{2}, \overline{I}_{3})].
De los mismos, se obtienen las componentes activas (I_{a1},
I_{a2}, I_{a3}) y reactivas (I_{r1}, I_{r2}, I_{r3}), de
frecuencia fundamental, de las corrientes de las fases (z=1,2,3),
como:
\vskip1.000000\baselineskip
- Medida de las potencias activas y reactivas de
las fases (C). A partir de los valores de las corrientes activas y
reactivas de cada fase, se obtienen las potencias activas y
reactivas de cada fase (z=1,2,3) como:
\vskip1.000000\baselineskip
- -
- Cálculo de las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y reactivas (D). Una vez registrado el valor mínimo de las corrientes activas y reactivas (I_{az \ min}, I_{rz \ min}) y de las potencias activas y reactivas (P_{z \ min}, Q_{z \ min}) de las tres fases de la red eléctrica, se obtienen las variaciones de corrientes activas y reactivas, respecto de los valores correspondientes al suministro equilibrado:
\vskip1.000000\baselineskip
y las variaciones de potencia
activa y reactiva de cada fase respecto de las correspondientes al
sistema
equilibrado:
\vskip1.000000\baselineskip
De donde las potencias de desequilibrio debidas
a las cargas activas y a las cargas reactivas se obtienen,
respectivamente, como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- -
- Determinación del número de escalones de activa y de reactiva usados en cada fase (E). Una vez fijadas la potencia del escalón de activa y de reactiva (A_{p \ esc}, A_{q \ esc}), definidas como la menor potencia de desequilibrio para las cargas activas y reactivas que puede suministrar el compensador, puede obtenerse un parámetro de diseño de los compensadores de desequilibrio variables, a escalones, en cualquiera de las dos realizaciones preferidas, mostradas en las figuras 1, 2, 3 y 4. Este parámetro, antes aludido, es el número de escalones de activa (N_{p}) y de reactiva (N_{q}), definidos como la parte entera del valor que, respectivamente, resulta de dividir las potencias de desequilibrio máximas debidas a las cargas activas y reactivas (A_{p \ max}, A_{q \ max}), que pueden presentarse en cualquier fase de la red eléctrica, y los escalones de desequilibrio de las cargas activas y reactivas (A_{pesc}, A_{q \ esc}):
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
El número de escalones de activa y de reactiva
que deben ser conectados en cada fase (N_{pZ}, N_{qz}) durante
el funcionamiento del compensador se obtienen como la parte entera
del cociente entre las potencias de desequilibrio debidas a las
cargas activas y reactivas (A_{pz}, A_{qz}), medidas en
cualquier instante y la potencia del escalón (A_{p \ esc}, A_{q
\ esc}):
- -
- Cálculo de las admitancias del compensador de desequilibrio variable, a escalones (F). En su funcionamiento, el compensador suministrará unas potencias de desequilibrio (A^{r}_{pZ}, A^{r}_{qz}):
La sustitución de estas potencias en las
expresiones siguientes determina el valor de las admitancias de los
elementos del compensador variable, a escalones, mostrado en las
figuras 1 y 2:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En donde A^{r}_{pz}, A^{r}_{qZ} son los
valores reales de las potencias de desequilibrio suministradas por
el compensador, V es el valor eficaz de las tensiones simples de
las fases y j es la unidad imaginaria.
En una segunda realización preferida del
compensador discreto, a escalones, mostrada en las figuras 3 y 4,
en la que los escalones de activa y de reactiva están separados,
las impedancias complejas de cada escalón se obtienen como:
- Escalones de activa:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
- Escalones de reactiva:
El número de escalones de activa y de reactiva a
conectar en esta última realización preferida está definido por
N_{pz} y N_{qz}, definidos en la operación 5.
Otra posible realización del
procedimiento para la compensación de los desequilibrios en
el suministro de energía eléctrica, objeto de la presente invención,
se muestra en la figura 6 y aplicado a compensadores variables,
continuos, comprende las siguientes operaciones:
- Adquisición de señales eléctricas (A)
procedentes del medio de adquisición de datos (10) mostrado en la
figura 7, del que se obtienen N muestras de tensiones y corrientes
de cada fase de la red trifásica, cuyo número depende de la
frecuencia de muestreo, f_{m}. Tras un filtrado digital de dichas
muestras mediante un filtro digital paso bajo FIR o IIR, se generan
dos matrices, v_{1}(n) e i_{1}(n), formadas por
las N muestras de tensiones y corrientes de cada fase
correspondientes a la frecuencia fundamental (50 Hz ó 60 Hz).
- Medida de corrientes de las fases (B). De la
medida anterior quedan definidos los fasores temporales de
frecuencia fundamental de las tensiones y corrientes de las fases
[(\overline{V}_{1}, \overline{V}_{2}, \overline{V}_{3}),
(\overline{I}_{1}, \overline{I}_{2},
\overline{I}_{3})]. De los mismos, se obtienen las componentes
activas (I_{a1}, I_{a2}, I_{a3}) Y reactivas I_{r1},
I_{r2}, I_{r3}, de frecuencia fundamental, de las corrientes de
las fases (z=1,2,3), como:
- Medida de las potencias activas y reactivas de
las fases (C). A partir de los valores de las corrientes activas y
reactivas de cada fase, se obtienen las potencias activas y
reactivas de cada fase (z=1,2,3) como:
- -
- Cálculo de las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y reactivas (D). Una vez registrado el valor mínimo de las corrientes activas y reactivas (I_{az \ min}, I_{rz \ min}) y de las potencias activas y reactivas (P_{z \ min}, Q_{z \ min}) de las tres fases de la red eléctrica, se obtienen las variaciones de corrientes activas y reactivas, respecto de los valores correspondientes al suministro equilibrado:
y las variaciones de potencia
activa y reactiva de cada fase respecto de las correspondientes al
sistema
equilibrado:
De donde las potencias de desequilibrio debidas
a las cargas activas y a las cargas reactivas se obtienen,
respectivamente, como:
- -
- Fijar unos valores de referencia máximos para las variaciones de las corrientes activas y reactivas en cada fase (G). La comparación de estos valores (\DeltaI_{a \ max}, \DeltaI_{r \ max}) con las variaciones de corrientes activas de las fases (\DeltaI_{az}, \DeltaI_{rz}) determina el funcionamiento o no del compensador, inyectando o no señales de control a los interruptores del circuito de potencia a través del amplificador de potencia (13) del circuito de control o regulador, mostrado en la figura 7.
- -
- Determinación de las admitancias de cálculo (H). Estas admitancias caracterizan los elementos a los que equivale el compensador durante su funcionamiento y se obtienen como:
En donde V es el valor eficaz de las tensiones
de fase de la red eléctrica, j es la unidad imaginaria y las
variaciones de corrientes activas y reactivas de cada fase
(\DeltaI_{az}, \DeltaI_{rz}).
Obtención de las corrientes de desequilibrio
suministradas por el compensador continuo (J). A partir de los
valores de las admitancias expresadas más arriba, las corrientes
suministradas por el compensador de desequilibrios continuo se
obtienen como:
Expresiones en las que \overline{V}_{z}
(z=1,2,3) son las tensiones de las fases de la red eléctrica,
(\overline{V}_{12}, \overline{V}_{23},
\overline{V}_{31}) son las tensiones de línea de la red
eléctrica.
Las figuras 1, 2, 3 y 4 muestran
esquemáticamente los circuitos de potencia, y sus elementos
integrantes, necesarios para llevar a cabo el procedimiento de la
figura 5. El circuito de control o regulador, mostrado en la figura
7, es útil para la puesta en práctica de los procedimientos
mostrados en las figuras 5 y 6. El circuito de control consta del
medio de adquisición, formado por unos transductores de medida (10)
y un dispositivo de adquisición (11), que debe ser de alta
velocidad en el caso del procedimiento incicado en la figura 6. Las
señales obtenidas por estos elementos se transmiten al medio de
procesamiento (12), que puede ser tanto un DSP como un procesador,
o una combinación de ambos. Además, hay una etapa preamplificadora
de potencia (13) encargada de suministrar señales eléctricas a los
interruptores. Las operaciones del procedimiento descrito más
arriba se efectúan en el medio de procesamiento, en este ejemplo de
acuerdo con un programa de medida que comprende los siguientes
módulos:
- -
- Módulo de adquisición, encargado de adquirir muestras de tensión e intensidad, que se guardan en un vector para cada tensión e intensidad.
- -
- Módulo de análisis, encargado de obtener las matrices, en valor eficaz y en fase, de las tensiones e intensidades, para la frecuencia fundamental, a partir de las muestras adquiridas en el módulo anterior; obteniéndose además los valores eficaces de las intensidades activas y reactivas de cada fase, por integración numérica.
\newpage
- -
- Módulo de potencias activas y reactivas, encargado de calcular los valores de las potencias activas y reactivas de cada fase, a partir de los valores eficaces de tensiones e intensidades obtenidos en el módulo anterior.
- -
- Módulo de desequilibrios, encargado de obtener las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y reactivas a partir de las variaciones de corrientes o de las variaciones de las potencias activas y reactivas de cada fase respectyo de los valores correspondientes al sistema equilibrado.
- -
- Módulo de escalón de desequilibrio (únicamente para compensadores discretos), encargado de determinar el número de escalones de activa y de reactiva a utilizar en cada instante, a partir de los valores obtenidos del módulo de desequilibrios y de la potencia fijada para el escalón de activa y de reactiva.
- -
- Módulo de referencia de corrientes (únicamente para compensadores continuos), encargado de comparar las variaciones de corriente activa y reactiva de cada fase con unos valores máximos fijados como referencia.
- -
- Módulo de admitancias, encargado de obtener los valores de las admitancias complejas de los elementos del compensador, que determinan las corrientes suministradas por el compensador.
- -
- Módulo de corrientes suministradas (únicamente para compensadores continuos), encargado de obtener las corrientes de desequilibrio que debe suministrar el compensador, obtenidas a partir del módulo de admitancias.
Claims (10)
1. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica,
caracterizado por que comprende las siguientes
operaciones:
- Adquisición de señales eléctricas (A)
obteniéndose N muestras de tensiones y corrientes de cada fase de
la red trifásica, obteniendo unas matrices de valores eficaces
(V_{z}, I_{Z}) y fases iniciales (\alpha_{vz},
\alpha_{iz}) de tensión e intensidad de frecuencia fundamental
de cada fase (z=1,2,3) de la red eléctrica
- Medida de corrientes de las fases (B), de la
medida anterior quedan definidos los fasores temporales de
frecuencia fundamental de las tensiones y corrientes de las fases
[(\overline{V}_{1}, \overline{V}_{2}, V_{3}),
(\overline{I}_{1}, \overline{I}_{2}, \overline{I}_{3})],
obteniéndose de los mismos las matrices de los valores eficaces de
las corrientes activas (I_{a1}, I_{a2}, I_{a3}) y reactivas
(I_{r1}, I_{r2}, I_{r3}), de frecuencia fundamental, de las
corrientes de las fases (z=1,2,3), obtenidas como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- Medida de las potencias activas y reactivas de
las fases (C). A partir de los valores de las corrientes activas y
reactivas de cada fase, se obtienen las potencias activas y
reactivas de cada fase (z=1,2,3) como:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- Determinación de las potencias de
desequilibrio de cada fase, (D)
- -
- la potencia de desequilibrio debida a las cargas activas de dicha fase, se obtiene por la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- donde (\DeltaI_{az}) representa la variación de la corriente activa y (\DeltaP_{z}) la variación de potencia activa respecto del suministro equilibrado,
- -
- la potencia de desequilibrio debido a las cargas reactivas de dicha fase se obtiene por la expresión:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- donde (\DeltaI_{rz}) representa la variación de la corriente reactiva y (\DeltaQ_{z }) la la variación de la potencia reactiva en cada fase de la red eléctrica respecto de los valores correspondientes al suministro equilibrado,
- y la potencia de desequilibrio de cada fase de la red eléctrica se obtiene por cualquiera de las siguientes expresiones:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- -
- Establecimiento de un valor de referencia como valor tal que si se supera, un circuito de control del compensador actúa sobre unos interruptores de un circuito de potencia.
- -
- Cálculo de las admitancias de los elementos del compensador de desequilibrio.
\newpage
2. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, según la
reivindicación 1, caracterizado porque, las variaciones de
corrientes activas y reactivas de cada fase, necesarias determinar
las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y
reactivas de cada fase de la red eléctrica, se obtienen por la
diferencia entre la corriente activa y reactiva de cada fase
(I_{az} I_{rz}) y un valor mínimo de estas corrientes en la red
eléctrica (I_{az \ min}, I_{rz \ min}):
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
3. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, según la
reivindicación 1, caracterizado porque las variaciones de
potencias activas y reactivas de cada fase, necesarias para
determinar las potencias de desequilibrio debidas a las cargas
activas y reactivas de cada fase de la red eléctrica, se obtienen
por la diferencia entre la potencia activa y reactiva de cada fase
(P_{z}, Q_{z}) y su valor mínimo (P_{z \ min}, Q_{z \
min}):
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
4. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, según la
reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque para un
compensador de desequilibrio variable a escalones, el valor de
referencia es el valor de un escalón de desequilibrio de las cargas
activas y reactivas (A_{p \ esc}, A_{q \ esc}), siendo definido
como la menor potencia de desequilibrio que puede suministrar el
compensador de desequilibrio, continuando el procedimiento con las
siguientes etapas:
- -
- Determinación del número de escalones de activa y de reactiva usados en cada fase (E), una vez fijadas la potencia del escalón de activa y de reactiva (A_{p \ esc}, A_{q \ esc}), donde el número de escalones se define como la parte entera del valor que, respectivamente, resulta de dividir las potencias de desequilibrio máximas debidas a las cargas activas y reactivas (A_{p \ max}, A_{q \ max}), que pueden presentarse en cualquier fase de la red eléctrica, y el valor del escalón de desequilibrio de las cargas activas y reactivas (A_{pesc}, A_{q \ esc}):
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- -
- Determinación del número de escalones de activa y reactiva que deben ser conectados en cada (N_{p}, N_{qz}) durante el funcionamiento del compensador obtenidos como la parte entera del cociente entre las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y reactivas (A_{pz}, A_{qz}), medidas en cualquier instante y la potencia del escalón (A_{p \ esc}, A_{q \ esc}):
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
- -
- Cálculo de las potencias de desequilibrio suministradas
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
5. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, según la
reivindicación 4 caracterizado por que para el cálculo de
las admitancias de los elementos del compensador de desequilibrio,
se emplean las siguientes expresiones:
En donde A^{r}_{pZ}, A^{r}_{qz} son los
valores reales de las potencias de desequilibrio suministradas por
el compensador, V es el valor eficaz de las tensiones simples de
las fases y j es la unidad imaginaria.
6. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, según la
reivindicación 4 caracterizado por que en el caso de que los
escalones de activa y de reactiva están separados, las impedancias
complejas de cada escalón se obtienen como:
- Escalones de activa:
- Escalones de reactiva:
El número de escalones de activa y de reactiva a
conectar en esta última realización preferida está definido por
N_{pz} y N_{qz}.
7. Procedimiento para la compensación de los
desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, según la
reivindicación 2 ó 3 caracterizado por que en el caso de un
compensador varible, el valor de referencia a establecer son los
valores de referencia máximos para las variaciones de las corrientes
activa (\DeltaI_{a \ max}) y reactiva (\DeltaI_{r \ max}),
de tal forma que si las variaciones de corrientes activa y reactiva
de cada fase (\DeltaI_{az}, \DeltaI_{rz}), obtenidas, el
circuito de control del compensador continuo actúe sobre los
interruptores del circuito de potencia, y donde la determinación de
las admitanacias de cálculo se obtiene como:
\vskip1.000000\baselineskip
en donde V es el valor eficaz de
las tensiones de fase de la red eléctrica, j es la unidad
imaginaria y las variaciones de corrientes activas y reactivas de
cada fase (\DeltaI_{az},
\DeltaI_{rz}).
y en donde las las corrientes de desequilibrio
suministradas por el compensador continuo (J) se obtienen a partir
de los valores de las admitancias expresadas más arriba, y según
las siguientes expresiones:
\vskip1.000000\baselineskip
Expresiones en las que \overline{V}_{z}
(z=1,2,3) son las tensiones de las fases de la red eléctrica,
(\overline{V}_{12}, \overline{V}_{23},
\overline{V}_{31}) son las tensiones de línea de la red
eléctrica.
8. Dispositivo compensador para la puesta en
práctica del procedimiento anteriormente reivindicado
caracterizado porque comprende:
- un circuito de potencia formado por bobinas y
condensadores variables,
- un circuito de control que está formado
por:
- -
- un sistema físico de medida y adquisición de señales eléctricas, que a su vez se compone de:
- -
- Sensores de medida de tensión e intensidad del sistema eléctrico, encargados de medir los valores instantáneos de dichas variables.
- -
- Acondicionadores de señal que adaptan la corriente del secundario de cada sensor, al nivel de tensión aplicable a las entradas analógicas de la tarjeta de adquisición.
- -
- Tarjeta de adquisición, encargada de convertir las señales analógicas de tensión e intensidad, en una serie de muestras discretas que se utilizan como entrada en el programa de medida de la potencia eléctrica.
- -
- Sistema procesador, con una placa base en la que se coloca la tarjeta de adquisición para que se puedan intercambiar las muestras discretas de las señales de tensión e intensidad, con el Programa de medida de la potencia eléctrica.
- -
- un programa de medida de los desequilibirios que comprende los siguientes módulos:
- -
- Módulo de adquisición, encargado de adquirir muestras de tensión e intensidad, que se guardan en un vector para cada tensión e intensidad.
- -
- Módulo de análisis, encargado de obtener las matrices, en valor eficaz y en fase, de las tensiones e intensidades, para la frecuencia fundamental, a partir de las muestras adquiridas en el módulo anterior; obteniéndose además los valores eficaces de las intensidades activas y reactivas de cada fase, por integración numérica.
- -
- Módulo de potencias activas y reactivas, encargado de calcular los valores de las potencias activas y reactivas de cada fase, a partir de los valores eficaces de tensiones e intensidades obtenidos en el módulo anterior.
- -
- Módulo de desequilibrios, encargado de obtener las potencias de desequilibrio debidas a las cargas activas y reactivas a partir de las variaciones de corrientes o de las variaciones de las potencias activas y reactivas de cada fase respectyo de los valores correspondientes al sistema equilibrado.
- -
- Módulo de escalón de desequilibrio (únicamente para compensadores discretos), encargado de determinar el número de escalones de activa y de reactiva a utilizar en cada instante, a partir de los valores obtenidos del módulo de desequilibrios y de la potencia fijada para el escalón de activa y de reactiva.
- -
- Módulo de referencia de corrientes (únicamente para compensadores continuos), encargado de comparar las variaciones de corriente activa y reactiva de cada fase con unos valores máximos fijados como referencia.
- -
- Módulo de admitancias, encargado de obtener los valores de las admitancias complejas de los elementos del compensador, que determinan las corrientes suministradas por el compensador.
- -
- Módulo de corrientes suministradas (únicamente para compensadores continuos), encargado de obtener las corrientes de desequilibrio que debe suministrar el compensador, obtenidas a partir del módulo de admitancias.
\vskip1.000000\baselineskip
9. Dispositivo compensador según la
reivindicación 8 caracterizado porque las bobinas y
condensadores del circuito de potencia están obtenidos a partir de
un consdensador fijo y una bobina variable asociados en serie o
paralelo.
10. Dispositivo compensador según la
reivindicación 8 caracterizado porque las bobinas y
condensadores del circuito de potencia para un compensador discreto
a escalones, las bobinas y condensadores se conectan y desconectan a
voluntad mediante contactores o interruptores estáticos.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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ES200901611A ES2333838B2 (es) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | Procedimiento para la compensacion de los desequilibrios en el suministro de energia electrica, asi como el dispositivo compensador para supuesta en practica. |
PCT/ES2010/070477 WO2011004050A1 (es) | 2009-07-09 | 2010-07-09 | Procedimiento para la compensación de los desequilibrios en el suministro de energía eléctrica, así como el dispositivo compensador para su puesta en práctica |
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ES200901611A ES2333838B2 (es) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | Procedimiento para la compensacion de los desequilibrios en el suministro de energia electrica, asi como el dispositivo compensador para supuesta en practica. |
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ES2333838A1 ES2333838A1 (es) | 2010-03-01 |
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ID=41668533
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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ES200901611A Active ES2333838B2 (es) | 2009-07-09 | 2009-07-09 | Procedimiento para la compensacion de los desequilibrios en el suministro de energia electrica, asi como el dispositivo compensador para supuesta en practica. |
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WO (1) | WO2011004050A1 (es) |
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ES2544902B8 (es) * | 2014-12-11 | 2016-02-12 | Universitat Politècnica De València | Método y sistema de medida de desequilibrios en una red eléctrica |
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-
2009
- 2009-07-09 ES ES200901611A patent/ES2333838B2/es active Active
-
2010
- 2010-07-09 WO PCT/ES2010/070477 patent/WO2011004050A1/es active Application Filing
Non-Patent Citations (2)
Title |
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FANG et al. "{}A Universal STATCOM with Delta-Connected Cascade Multilevel Inverter"{} 35$^{a}$ Conferencia Anual de IEEE Power Electronics Specialists, 2004. * |
LIN et al. "{}A Real-Time Calculation Method for Optimal Reactive Power Compensator."{} IEEE Transactions on Power Systems, vol. 4, n$^{o}$ 2. Mayo de 1989. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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WO2011004050A1 (es) | 2011-01-13 |
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