ES2427793T3

ES2427793T3 - Circuito inversor trifásico y procedimiento de funcionamiento de un circuito inversor trifásico

Info

Publication number: ES2427793T3
Application number: ES10005279T
Authority: ES
Inventors: Stephan Rexilius
Original assignee: FeCon GmbH
Current assignee: FeCon GmbH
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2010-05-20
Publication date: 2013-11-04
Anticipated expiration: 2030-05-20
Also published as: WO2011144295A3; WO2011144295A2; US8427846B2; EP2388904A1; US20110286253A1; EP2388904B1

Abstract

Circuito inversor trifAsico (10), que incluye un inversor(12) que comprende una pluralidad de interruptores de alimentacioncontrolable (18), y un dispositivo de control electronico (13)adaptado para controlar los interruptores de alimentacion (18),caracterizado porque el dispositivo de control (13) en el caso deuna caida de tension medida en una fase est& adaptado parasuministrar una corriente reactiva Unicamente sobre la fase con caida de tension y para suministrar y/o extraer una corrienteactiva en al menos una fase sin caida de tension.

Description

CIRCUITO INVERSOR TRIFÁSICO Y PROCEDIMIENTO DE FUNCIONAMIENTO DE UN CIRCUITO INVERSOR TRIFÁSICO

La invención se refiere a un circuito inversor trifásico que incluye un inversor que comprende una pluralidad de interruptores de alimentación controlable, y un dispositivo de control electrónico adaptado para controlar los interruptores de alimentación. La invención se refiere adicionalmente a un procedimiento de funcionamiento de un circuito inversor trifásico.

Se conoce un circuito inversor de este tipo, por ejemplo, a partir del documento WO 03 065567 Al. Se usan circuitos inversores

trifásicos,: por ejemplo, en disposiciones de circuitos para

suministrar: corriente desde plantas de energia renovable, en

particular,: plantas eólicas, plantas fotovoltaicas y celdas de

combustible,: a una red trifásica. El suministro de corriente

reactiva: en una fase como resultado de una caída de tensión

desequilibrada puede conducir a un aumento de la tensión no deseado hasta más del 110% de la tensión convencional en las fases sin caida de tensión.

El documento WO 2005 031160 A2 Y el documento publicado posteriormente EP 2 202 862 Al, desvelan procedimientos para controlar una planta eólica, en la que la potencia reactiva se suministra al sistema de alimentación dependiente de una caida de tensión en el sistema de suministro de energia.

Es el obj eto de la invención proporcionar un circuito inversor trifásico y un procedimiento, en el que un aumento de la tensión de hasta más del 110% de la tensión convencional en las fases sin caída de tensión puede impedirse con medios sencillos.

La invención resuelve este objeto con las caracteristicas de las reivindicaciones independientes. El suministro y/o extracción de

forma adecuada de una corriente activa en al menos una fase sin caída de tensión puede contrarrestar un aumento de tensión en las fases sin caída de tensión y, en particular, puede impedir su aumento hasta más del 110%.

Preferiblemente, se suministra una corriente activa en una fase sin caída de tensión, mientras que en la otra sin caída de tensión

se: extrae una corriente activa, con el fin de contrarrestar la

generación: de potencia activa adicional. De forma ideal, la

cantidad: de las corrientes activas suministradas y extraídas en

las fases sin caída de tensión son sustancialmente equivalentes, de manera que el sistema muestra un comportamiento neutro general con respecto a la potencia activa.

En una realización particularmente preferida de la invención, las corrientes activas fijadas en las fases sin caída de tensión se calculan de tal forma que la suma de las corrientes en todas las fases ascienda totalmente a cero. Por lo tanto, es posible cumplir con los requisitos con respecto al aumento de tensión máximo en las fases intactas sin medidas adicionales, como por ejemplo, una línea de compensación de corriente entre el lado de tensión CC y el lado de tensión CA. A este respecto, la invención ha determinado que no se requiere un control individual de las fases individuales para cumplir con todos los requisitos que se han mencionado anteriormente.

Puesto que la tensión de la fase afectada por un cortocircuito puede caer en tan gran medida que la posición del vector de tensión correspondiente ya no pueda determinarse con la precisión suficiente, al menos bajo dichas circunstancias el vector de tensión de la fase con caída de tensión se calcula preferiblemente con una precisión básicamente superior a partir de los vectores de tensión medidos de las fases restantes.

A continuación, la invención se describe en más detalle en base a realizaciones preferidas que hacen referencia a las figuras adjuntas, en las que:

La figura 1 muestra un circuito inversor de acuerdo con la invención; la figura 2a, 2b muestra diagramas fasoriales para el lado D o el lado Y del transformador DY de la figura 1 en el caso de una caída de tensión en una fase; la figura 3 muestra un diagrama fasorial que ilustra el control de corriente de acuerdo con la invención; y la figura 4 muestra una aplicación del circuito inversor de acuerdo con la invención en una disposición de circuito para suministrar corriente desde una planta de energía eólica a una red trifásica.

El circuito inversor 10 incluye un circuito cc intermedio 11, un inversor 12, un filtro 14, un transformación de media tensión 15 y un dispositivo de control electrónico 13, por ejemplo, un procesador de señales digitales DSP. En un modo per se, el inversor 12 para cada fase 16a, 16b, 16c del lado de tensión CA 17

incluye: una cascada respectiva 17a, 17b, 17c, cada una de las

cuales: comprende dos interruptores de alimentación 18, en

particular transistores de potencia,: por ejemplo IGBT.

La corriente trifásica se suaviza en el lado de tensión CA 17 usando el filtro 14 y después puede transformarse en una tensión deseada usando el transformador de tensión CA 15. El filtro 14 puede estar diseñado corno un inductor o corno un transformador. El transformador de tensión CA 15 puede seleccionarse adecuadamente dependiendo de la aplicación. Para suministrar corriente a una red de media tensión, el transformador 15 puede estar diseñado, por ejemplo, corno un transformador de media tensión DY.

Los interruptores de alimentación 18 se controlan usando el dispositivo de control electrónico 13, en particular por medio de control por modulación por ancho de pulsos. Las tensiones de alimentación se miden en el lado de tensión CA 17 del inversor 12, preferiblemente entre el filtro 14 y el transformador de media tensión 15, y se suministran junto con el potencial de tierra a

través de las líneas correspondientes 19 hasta el dispositivo de control 13 corno se miden las señales de tensión. Las corrientes en las fases individuales se miden sobre el lado de tensión CA 17, preferiblemente entre el inversor 12 y el filtro 14, usando los dispositivos medidores de corriente correspondientes 20 y se suministran a través de las líneas correspondientes 21 hasta el dispositivo de control 13 corno se miden las señales de corriente. El dispositivo de control 13 calcula las corrientes fijadas de las tensiones y corrientes medidas. En base a las corrientes fijadas y las corrientes medidas, el dispositivo de control 13 determina las señales de control para los interruptores de alimentación 18 y los controla de forma correspondiente.

La figura 2a muestra un diagrama fasorial para el lado D 22 del transformador 15 de la figura 1 en el caso de una caída de tensión, aquí, por ejemplo, de la tensión UL23 , por ejemplo al 40%. La figura 2b muestra un diagrama fasorial correspondiente para el lado Y 23 del transformador 15. En el presente ejemplo, la tensión

UL2N: cae extremadamente, concretamente al 50%, mientras que cada

una: de las tensiones ULlN y UL3N se reduce sólo un poco en

aproximadamente el 9%.

Para contrarrestar la caída de tensión mostrada en las figuras 2a, 2b, se realiza un control de corriente, que a continuación se explicará en detalle en base a la figura 3, por el dispositivo de control 13. En primer lugar, el vector de tensión caída UL2N se calcula a partir de los vectores de tensión intactos medidos ULlli y UL 3N. Esto permite una determinación significativamente más exacta del vector de tensión caída UL2N en comparación con una medida directa de UL2N , en particular en el caso de una caída de tensión completa o esencialmente completa.

El control de corriente proporciona una corriente reactiva I L2 que se suministrará únicamente en la fase afectada UL2N • Para este fin, el dispositivo de control 13 calcula una corriente reactiva fijada I L2 que asciende preferiblemente a al menos el 40% de la corriente

nominal, que se suministrará únicamente en la fase afectada UL2N • Sin embargo, en las fases ULlN y UL3N , que no están afectadas, la corriente activa se extrae y se suministra, respectivamente. Más precisamente, en una de las fases intactas, aquí en la fase ULlN , se suministra una corriente activa 1L1 , y en la otra fase intacta, aquí en la fase UL3N , se extra una corriente activa 1L3 , siendo la cantidad de las corrientes activas 1L1 y 1L3 preferiblemente igual, de manera que el balance de potencia activa total sea cero. La cantidad de la corriente activa suministrada y extraída 1L1, 113

depende: de la profundidad de la caída de tensión en la fase

afectada: UL2N , sin embargo, en cualquier caso, es menor que la

nominal corriente activa.

Al aplicar de forma práctica el procedimiento anterior, en primer lugar una de las corrientes activas fijadas 1L1 (1L3 ) se calcula en el dispositivo de control 13 de tal manera que la tensión en la fase correspondiente ULlN (UL3N ) no aumente hasta más del 110% con respecto a condiciones normales. Después, la otra corriente activa fijada 1L3 (1L1 ) se calcula usando la ley de corrientes de Kirchhoff que conduce a una corriente activa que tiene la misma cantidad, de manera que también en la otra fase intacta UL3N (ULlN) la tensión no aumente hasta más del 110% con respecto a condiciones normales. Después, las corrientes activas fijadas determinadas 1L1I 1L1 , 113 se suministran a la red de tensión CA controlando los interruptores de alimentación 18 de forma correspondiente.

Únicamente es posible emplear la ley de corrientes de Kirchhoff de la manera descrita, ya que el punto neutro 24 del transformador 15 no está conectado al circuito intermedio 11, según sea necesario para un control de corriente de fase individual para permitir una compensación de corriente entre el lado de tensión CC 25 y el lado de tensión CA 17 del inversor 12. En comparación con un control de corriente de fase individual, por lo tanto, el circuito inversor 10 se caracteriza por el punto neutro 24 del transformador 15 que se mantiene a un potencial fijo, en particular, un potencial de tierra; y el circuito CC intermedio 11 no tiene una conexión

adicional al lado de tensión CA 17 del inversor 12 de manera que pueda desecharse una línea de compensación de corriente correspondiente.

El circuito CC intermedio 11 puede conectarse a una fuente de energía CC, por ejemplo, una planta para generar energía renovable. Una aplicación de este tipo se muestra, por ejemplo, en la figura 4 en forma de una planta eólica 26 con velocidad variable, incluyendo un rotor 27, una caja de transmisión 28, un generador síncrono 29, un rectificador controlado 30 que está conectado al circuito inversor 10 de acuerdo con la figura 1 de manera que el rectificador 30 y el inversor 12 formen un convertidor de frecuencia 31. sin embargo, la invenci6n no se limita a esta aplicación. Son realizaciones adicionalmente preferidas plantas fotovoltaicas, células de combustible u otras fuentes de energía CC. Además, el circuito inversor 10 también puede funcionar a la inversa, si, en lugar de una fuente de energía CC 27-30, se conecta un consumidor de energía CC en el lado de tensión CC 25 del inversor 12. Finalmente, el inversor 12 de acuerdo con la figura 1 también puede funcionar en el circuito intermedio 11 sin la conexión de una fuente de energía CC o un sumidero de corriente CC en el lado de tensión CC 25 y, por lo tanto, puede conectarse a una red trifásica a través del transformador 15 de forma autárquica.

El control de corriente del circuito inversor 10 se ha descrito anteriormente para el caso de que la tensión caiga significativamente únicamente en una fase. Esta descripción puede transferirse por consiguiente a un control de corriente del

~ circuito inversor 10 de acuerdo con la invención para el caso de una caída de tensión en una pluralidad de fases.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Circuito inversor trifásico (10), que incluye un inversor

(12) que comprende una pluralidad de interruptores de alimentación

5 controlable (18), Y un dispositivo de control electrónico (13) adaptado para controlar los interruptores de alimentación (18), caracterizado porque el dispositivo de control (13) en el caso de una caída de tensión medida en una fase está adaptado para suministrar una corriente reactiva únicamente sobre la fase con

10 caída de tensión y para suministrar y/o extraer una corriente activa en al menos una fase sin caída de tensión.
2. Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 1, en el que en una de las fases sin caída de tensión se suministra una

15 corriente activa, y en otra de las fases sin caída de tensión se extrae una corriente activa.
3. Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 2, en el que la cantidad de las corrientes activas suministradas y

20 extraídas en las fases sin caída de tensión son sustancialmente equivalentes.
4. Circuito inversor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las corrientes activas

25 fijadas en las fases sin caída de tensión se calculan de tal forma que la suma de las corrientes en todas las fases ascienda totalmente a cero.
5. Circuito inversor de acuerdo con una cualquiera de las

~ reivindicaciones anteriores, en el que el vector de tensión de la fase con caída de tensión se calcula a partir de los vectores de tensión medidos de las fases restantes.
6. Circuito inversor de acuerdo con una cualquiera de las

35 reivindicaciones anteriores, en el que no se proporciona una compensación de corriente separada entre un lado de tensión CC

(25) Y un lado de tensión CA (17) del circuito inversor (12).
7.

Circuito inversor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, incluyendo al menos un transformador de tensión CA (15) sobre el lado de tensión CA.
8.

Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el punto neutro (24) del transformador de tensión CA (15) denominado como transformador DY se ajusta a un potencial fijo, en particular potencial de tierra.
9.

Circuito inversor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye al menos un circuito CC intermedio (11) sobre el lado de tensión CC (25).
10.

Circuito inversor de acuerdo con la reivindicación 9, en el que aparte del inversor (12) y, cuando sea aplicable, un rectificador (30) no se conecta ninguna fuente de corriente o sumidero de corriente adicional al circuito intermedio (11).
11.

Circuito inversor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dispositivo medidor de corriente (20) se proporciona entre el inversor (12) y un filtro

(14) para suavizar la corriente sobre el lado de tensión CA (17).
12.

Conversor de frecuencia (31) que comprende un circuito rectificador (30) y un circuito inversor (12) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
13.

Procedimiento de funcionamiento de un circuito inversor trifásico (10), incluyendo control por modulación por ancho de pulsos de una pluralidad de interruptores de alimentación controlable (18), caracterizado porque en el caso de una caída de tensión medida en una fase a corriente reactiva se suministra únicamente sobre la fase con caída de tensión y se suministra o se extrae una corriente activa en al menos una fase sin caída de