ES2585818T3 - Procedimiento para acoplar un tramo de red de tensión continua mediante un interruptor de tensión continua - Google Patents

Procedimiento para acoplar un tramo de red de tensión continua mediante un interruptor de tensión continua Download PDF

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ES2585818T3 ES12709061.1T ES12709061T ES2585818T3 ES 2585818 T3 ES2585818 T3 ES 2585818T3 ES 12709061 T ES12709061 T ES 12709061T ES 2585818 T3 ES2585818 T3 ES 2585818T3
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Abstract

Procedimiento para acoplar un tramo de red de tensión continua mediante un interruptor de tensión continua (1) que presenta dos bornes de conexión (2, 3), el cual presenta una ruta de corriente de funcionamiento (4) con un interruptor mecánico (7) y una ruta de corriente de desconexión (9) que puentea el interruptor mecánico (7), en la que está dispuesto al menos un interruptor semiconductor de potencia (10) que puede conectarse y desconectarse, en donde la ruta de corriente de desconexión (9) presenta una mayor resistencia eléctrica que el tramo de la ruta de corriente de funcionamiento (4) puenteado por el mismo, caracterizado porque - el interruptor mecánico (7) se abre y se bloquea un flujo de corriente a través de la ruta de corriente de desconexión (9), - a continuación el primer borne de conexión (2) se conecta a un polo de una fuente de tensión continua y el segundo borne de conexión (3) a un polo del tramo de red de tensión continua, - finalmente se aplica de forma controlada tensión al tramo de red de tensión continua mediante la activación del interruptor semiconductor de potencia (10) y - a continuación se cierra el interruptor mecánico (7).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para acoplar un tramo de red de tension continua mediante un interruptor de tension continua
La presente invencion hace referencia a un procedimiento para acoplar un tramo de red de tension continua mediante un interruptor de tension continua.
La creciente demanda de energia en todo el mundo y la al mismo tiempo deseada reduccion de las emisiones de CO2 hacen cada vez mas atractivas las llamadas energias renovables. Las fuentes de las energias renovables son por ejemplo las instalaciones eolicas situadas en el mar o tambien las instalaciones de energia fotovoltaica en zonas deserticas muy soleadas. Para poder aprovechar economicamente la energia asi generada tiene cada vez mas importancia la conexion entre las fuentes de energia renovables y una red de suministro terrestre. Ante estos antecedentes se debate cada vez mas sobre el establecimiento y el funcionamiento de una red de tension continua en malla. Sin embargo, una premisa para ello es que pueden desconectarse de forma rapida y fiable las corrientes de cortocircuito, que pueden producirse en una red de tension continua en malla de este tipo. Para esto se requieren sin embargo unos interruptores de tension continua, que hasta ahora no estaban disponibles en el mercado. Del estado de la tecnica se conocen diferentes conceptos para un interruptor de tension continua de este tipo.
En el documento DE 694 08 811 T2 se describe un interruptor de tension continua, en el que estan conectados en serie dos interruptores mecanicos. El circuito serie formado por los dos interruptores mecanicos esta protegido contra sobretensiones elevadas mediante un descargador y un condensador. Solamente a uno de los interruptores mecanicos esta conectado en paralelo un interruptor semiconductor de potencia que puede conectarse y desconectarse. Al abrirse el interruptor mecanico se produce un arco electrico. La tension que cae en el arco electrico enciende el interruptor semiconductor de potencia, con lo que se cortocircuita el interruptor mecanico abierto paralelo. El arco electrico se apaga. La corriente conducida a traves del interruptor semiconductor de potencia puede interrumpirse a continuacion mediante una activacion correspondiente del semiconductor de potencia.
En el documento US 5,999, 388 se describe un interruptor de potencia de tension continua, que puede integrarse en serie en una linea de tension continua. Se compone de un circuito serie de interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse, a los que esta conectado en paralelo respectivamente un diodo de pinon libre en contrasentido. Asi mismo esta conectado en paralelo a cada interruptor semiconductor de potencia un descargador, por ejemplo un varistor, para limitar la tension. El interruptor de tension continua ya conocido esta realizado de forma puramente electronica y se conmuta por ello bastante mas rapidamente en comparacion con los interruptores mecanicos habituales del mercado. En un plazo de unos pocos microsegundos puede interrumpirse una corriente de cortocircuito que fluya a traves del interruptor de tension continua. Sin embargo, existe el inconveniente de que tambien la corriente de funcionamiento tiene que conducirse a traves del interruptor semiconductor de potencia. De este modo se producen unas elevadas perdidas de transmision.
El documento WO 2011/141055 revela un interruptor de tension continua, que puede conectarse en serie en un polo de una red de corriente continua de alta tension. El interruptor de tension continua se compone de un interruptor mecanico en serie con un interruptor semiconductor de potencia, al que a su vez esta conectado en paralelo un diodo de pinon libre en contrasentido. En paralelo al circuito serie formado por un interruptor semiconductor de potencia y un interruptor mecanico esta conectado un circuito serie formado por una bobina y un condensador, es decir un ramal LC, asi como un descargador que limita la tension que cae a traves del ramal LC. Tambien al interruptor semiconductor de potencia esta conectado en paralelo un descargador. Despues de abrirse el interruptor mecanico se conecta y desconecta el interruptor semiconductor de potencia con la frecuencia natural del ramal LC. De este modo se genera una oscilacion y finalmente un paso por cero de corriente en el interruptor mecanico, de tal manera que puede apagarse el arco electrico producido.
En la publicacion de J. Heffner y B. Jacobssen “ Interruptores HVDC hibridos proactivos - una innovacion clave para redes HVDC fiables” (del ingles Proactive hybrid HVDC breakers - a key innovation for realiable HVDC grids), simposio “El sistema de energia electrica del futuro - simposio internacional sobre integracion de super-redes y micro-redes” (del ingles The electric power system of the future - integrating super-gris snd micro-grids international symposium), Bolonia, Italia, 13-15 de septiembre de 2011, pagina 264 y siguientes, tambien se revela un interruptor de tension continua. El interruptor de tension continua alli descrito presenta una ruta de corriente de funcionamiento con un interruptor mecanico asi como una ruta de corriente de desconexion, que esta conectada en paralelo a la ruta de corriente de funcionamiento. En la ruta de corriente de desconexion esta dispuesto un circuito serie de interruptores semiconductores de potencia, a los que esta conectado en paralelo en contrasentido respectivamente un diodo de pinon libre. Las unidades de conmutacion compuestas por los interruptores semiconductores de potencia y los diodos de pinon libre estan conectadas en antiserie, en donde los interruptores semiconductores de potencia que pueden desconectarse estan dispuestos en serie y para cada interruptor semiconductor de potencia esta previsto un interruptor semiconductor de potencia correspondiente con sentido de paso contrapuesto. De este modo y manera la corriente puede interrumpirse en ambos sentidos en la ruta de corriente de desconexion. En la ruta de corriente de funcionamiento esta dispuesto, aparte del interruptor mecanico, tambien un interruptor auxiliar
electronico en serie con el interruptor mecanico. En funcionamiento normal la corriente fluye a traves de la ruta de corriente de funcionamiento y, de este modo, a traves del interruptor auxiliar electronico asi como a traves de los interruptores mecanicos cerrados, ya que los interruptores semiconductores de potencia de la ruta de corriente de desconexion representan una mayor resistencia para al corriente continua. Para interrumpir por ejemplo una 5 corriente de cortocircuito se traslada el interruptor auxiliar electronico a su posicion de seccionamiento. De este modo aumenta la resistencia en la ruta de corriente de funcionamiento, de tal manera que la corriente continua se conmuta en la ruta de corriente de desconexion. El interruptor seccionador mecanico rapido puede abrirse por ello sin corriente. La corriente de cortocircuito conducida a traves de la ruta de corriente de desconexion puede interrumpirse mediante los interruptores semiconductores de potencia. Para absorber la energia acumulada en la red 10 de tension continua y que debe reducirse para la conmutacion estan previstos unos descargadores, que estan conectados respectivamente en paralelo a los interruptores semiconductores de potencia de la ruta de corriente de desconexion.
Si se conecta posteriormente una tension continua elevada a un tramo de red afectado por fallos mediante uno de los interruptor de tension continuas ya conocidos, pueden producirse como consecuencia de las corrientes de 15 conexion extremadamente elevadas que entonces se producen unos danos indeseados en las piezas constructivas.
El documento DE 10 2008 057 874 A revela tambien un procedimiento de este tipo.
El objeto de la invencion consiste por ello en proporcionar un procedimiento con el que ya durante el acoplamiento de un tramo de red pueda reconocerse un fallo en el tramo de red, por ejemplo un cortocircuito, de tal manera que puedan aplicarse a tiempo unas contramedidas.
20 La invencion resuelve este objeto mediante un procedimiento para acoplar un tramo de red de tension continua mediante un interruptor de tension continua que presenta dos bornes de conexion, el cual presenta una ruta de corriente de funcionamiento con un interruptor mecanico y una ruta de corriente de desconexion que puentea el interruptor mecanico, en la que esta dispuesto al menos un interruptor semiconductor de potencia que puede conectarse y desconectarse, en donde la ruta de corriente de desconexion presenta una mayor resistencia electrica 25 que el tramo de la ruta de corriente de funcionamiento puenteado por el mismo, en el que el interruptor mecanico se abre y se bloquea un flujo de corriente en la ruta de corriente de desconexion mediante una activacion adecuada del o de los interruptores semiconductores de potencia, a continuacion el primer borne de conexion se conecta a un polo de una fuente de tension continua y el segundo borne de conexion a un polo del tramo de red de tension continua, finalmente se aplica de forma controlada tension al tramo de red de tension continua mediante la activacion del 30 interruptor semiconductor de potencia y, a continuacion, se cierra el interruptor mecanico.
Conforme a la invencion se acopla de forma controlada el tramo de red de tension continua con ayuda de un interruptor de tension continua, que presenta una ruta de corriente de desconexion con unos interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse, mientras que en la ruta de corriente de funcionamiento esta dispuesto un interruptor mecanico.
35 Esta conformacion del interruptor de tension continua conocida como tal hace posible trasladar el interruptor mecanico, antes del acoplamiento del tramo de red, a su posicion de seccionamiento y evitar un acoplamiento duro, es decir un acoplamiento mediante el cierre del interruptor mecanico. Conforme a la invencion la corriente es conducida para el acoplamiento a traves de la ruta de corriente de desconexion y de este modo a traves de los interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse. Estos pueden a continuacion 40 activarse de tal manera, que la corriente o la tension se eleve paulatinamente, por ejemplo en forma de rampa. Si un aparato de proteccion dispuesto en el tramo de red de tension continua a acoplar determina la presencia de una corriente de cortocircuito, puede interrumpirse a tiempo el acoplamiento del tramo de red, de tal manera que pueden evitarse danos durante el acoplamiento, por ejemplo en el interruptor de tension continua o en el tramo de red de tension continua a acoplar. Para ello el aparato de proteccion se comunica convenientemente, directa o 45 indirectamente, con una unidad de control o regulacion del interruptor de tension continua.
La conformacion del interruptor mecanico puede ser basicamente cualquiera en el marco de la invencion. Sin embargo, es importante que el interruptor mecanico pueda absorber la tension requerida. Ademas de esto el interruptor mecanico deberia poder abrirse lo mas rapidamente posible, por ejemplo dentro de una ventana de tiempo de 5 ms a partir del aviso de fallo. El interruptor de tension continua se conecta conforme a la invencion en 50 serie a un polo de la red de tension continua, en donde un primer borne de conexion del interruptor de tension continua esta conectado a un polo de la fuente de tension continua y el otro borne de conexion del interruptor de tension continua a un polo del tramo de red de tension continua. En funcionamiento normal del interruptor de tension continua sus bornes de conexion presentan aproximadamente el mismo potencial. La tension que cae en el interruptor mecanico en el caso de un cortocircuito de tierra en el tramo de red de tension continua se corresponde 55 con ello con la tension de un polo respecto al potencial de tierra.
La conformacion de la ruta de corriente de desconexion, en particular del conexionado y de la disposicion de los interruptores semiconductores de potencia puede ser basicamente cualquiera en el marco de la invencion. De este
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modo los interruptores semiconductores de potencia pueden configurar por ejemplo un circuito serie formado por interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse, en donde a cada interruptor semiconductor de potencia esta conectado en paralelo un diodo de pinon libre en contrasentido. A este respecto es conveniente conectar en paralelo a cada interruptor semiconductor de potencia un descargador para la absorcion de energla. Los interruptores semiconductores de potencia pueden estar dispuestos en antiserie, en donde el sentido de paso de algunos interruptores semiconductores de potencia sea contrapuesta a la de otros de los interruptores semiconductores de potencia dispuestos en serie. De esta manera se configuran dos grupos de interruptores semiconductores de potencia, en donde un grupo es responsable de la desconexion de la corriente en un sentido y el otro grupo de la desconexion de la corriente en el sentido opuesto. Una disposicion antiserie as! se describe por ejemplo en la publicacion de Heffner y Jacobssen citada al comienzo.
Sin embargo, a diferencia de esto la ruta de corriente de desconexion puede presentar tambien submodos con acumuladores de energla, como por ejemplo condensadores. Esta conformation de la ruta de corriente de desconexion se tratara posteriormente con mas detalle.
La ruta de corriente de desconexion se conecta convenientemente al potencial de tierra, despues de la conexion de la fuente de tension continua y antes del acoplamiento controlado del tramo de red de tension continua, mediante un ramal de carga que presenta convenientemente una resistencia ohmica. Conforme a este perfeccionamiento ventajoso de la invention se descarga despues a tierra una corriente a traves de los interruptores semiconductores de potencia desconectables de la ruta de corriente de desconexion, la cual esta determinada por el diseno de la resistencia ohmica. Ademas de esto se produce en los interruptores semiconductores de potencia una calda de tension. Esta calda de tension hace posible por ejemplo una alimentation de energla de la electronica de los interruptores semiconductores de potencia.
Si en la ruta de corriente de desconexion estan previstos ademas de esto unos submodulos con acumuladores de energla propios, como condensadores, etc., estos condensadores pueden cargarse primero antes de la puesta en marcha del interruptor de tension continua y antes del acoplamiento controlado del tramo de red de tension continua. La corriente de carga fluye hasta tierra a traves del citado ramal de carga. El ramal de carga puede conectarse ventajosamente a traves de un interruptor a la ruta de corriente de desconexion. El interruptor es por ejemplo un interruptor electronico. Sin embargo, de forma preferida se utilizan unos interruptores mecanicos economicos, cuyo empleo es sin embargo solo posible a causa de la resistencia ohmica.
Antes del acoplamiento controlado del tramo de red de tension continua se conecta convenientemente la ruta de corriente de desconexion mediante un ramal de carga, que presenta convenientemente una resistencia ohmica, a un contrapolo de la fuente de tension continua. Conforme a este perfeccionamiento ventajoso la ruta de corriente de desconexion no se conecta al potencial de tierra como en los ejemplos de realization anteriores, sino al contrapolo de la fuente de tension continua. Por el termino “contrapolo de la fuente de tension continua” debe entenderse el polo de la red de tension continua, que esta polarizado a la inversa que el polo al que esta conectado el borne de conexion del interruptor de tension continua. Si por ejemplo el interruptor de tension continua esta conectado en serie en el polo positivo de una red de tension continua bipolar, la ruta de corriente de desconexion se conecta al polo negativo conforme a este perfeccionamiento conveniente de la invencion. Esta conexion se realiza por ejemplo mediante un interruptor mecanico. Si el borne de conexion esta conectado al polo positivo y la ruta de corriente de desconexion a traves del ramal de carga al polo negativo, cae en los interruptores semiconductores de potencia desconectables una tension, que acciona una corriente de carga. Si en la ruta de corriente de desconexion estan dispuestos unos acumuladores de energla, estos pueden cargarse. Es fundamental que antes del acoplamiento del tramo de red de tension continua la ruta de corriente de desconexion sea capaz de funcionar, en el sentido de que el tramo de red de tension continua pueda acoplarse con acumuladores de energla o condensadores dado el caso cargados.
Conforme a una conformacion aqul preferida de la invencion esta dispuesto en la ruta de corriente de desconexion un circuito serie formado por submodulos bipolares, que presentan respectivamente un acumulador de energla y un circuito semiconductor de potencia en paralelo al acumulador de energla, que esta conectado de tal modo a los dos unicos bornes de conexion de submodulo del submodulo que, con una activation correspondiente del interruptor semiconductor de potencia del circuito semiconductor de potencia, puede generarse ya sea la tension que cae en el acumulador de energla o una tension cero en los bornes de conexion de submodulo. Una conformacion modular de este tipo de la ruta de corriente de desconexion ya es conocida de la tecnica de los convertidores. Los convertidores con una topologla de este tipo reciben el nombre de “convertidores multinivel modulares (MMC)”. A causa de la conexion en serie de los submodulos es posible generar escalonadamente en la ruta de corriente de desconexion una tension, en donde la altura de los escalones esta determinada por la tension que cae en el acumulador de energla.
Los submodulos pueden estar configurados como circuito en medio puente o circuito en puente completo. En el caso de un circuito en medio puente esta conectado en paralelo al respectivo acumulador de energla del submodulo un circuito serie formado por dos interruptores semiconductores de potencia, que pueden conectarse y desconectarse, con unos diodos de pinon libre respectivamente paralelos en contrasentido, en donde un primer borne de conexion
de submodulo esta conectado al punto de potencial entre los interruptores semiconductores de potencia y un segundo borne de conexion de submodulo al polo del acumulador de energla. El acumulador de energla es convenientemente un condensador. En lugar del circuito paralelo formado por los interruptores semiconductores de potencia y los diodos de pinon libre pueden emplearse tambien unos interruptores semiconductores de potencia que 5 conducen a la inversa. Tambien es posible emplear, en lugar de los dos interruptores semiconductores de potencia aislados, dos circuitos serie formados por interruptores semiconductores de potencia en el circuito serie. Los semiconductores de potencia de un circuito serie se activan despues sincronicamente. Un circuito serie formado por unos interruptores semiconductores de potencia activados simultanea o sincronicamente actua entonces como un interruptor semiconductor de potencia aislado. Como es natural pueden conmutarse despues unas tensiones 10 mayores. Esto es valido basicamente tambien para el circuito en puente completo descrito a continuacion.
En el caso de un circuito en puente completo estan previstos dos circuitos serie formados respectivamente por dos interruptores semiconductores de potencia, que pueden conectarse y desconectarse, con unos diodos de pinon libre paralelos en contrasentido. Ambos circuitos serie estan conectados de nuevo en paralelo al acumulador de energla, en donde sin embargo un primer borne de conexion de submodulo esta conectado al punto de potencial entre los 15 dos interruptores semiconductore de potencia del primer circuito serie y un segundo borne de conexion de submodulo al punto de potencial entre los dos interruptores semiconductores de potencia del segundo circuito serie. En un circuito en puente completo no solo puede generarse la tension que cae en el acumulador de energla o una tension cero en los bornes de conexion de submodulo, sino tambien la tension de acumulador de energla. Ademas de esto puede interrumpirse en ambos sentidos la corriente que fluye a traves del puente completo.
20 Tanto en el circuito en medio puente como en el circuito en puente completo es fundamental que los submodulos presenten varistores o descargadores. Los descargadores o varistores estan conectados por ejemplo respectivamente en paralelo a un acumulador de energla. Ademas de esto, sin embargo, pueden estar instaladas en el submodulo unas resistencias ohmicas. Los descargadores absorben una energla acumulada en la red de tension continua, que debe reducirse para la conmutacion.
25 Tambien es posible, en el marco de la invencion, que en la ruta de corriente de desconexion esten configurados tanto circuitos en puente completo como circuitos en medios puente. Ademas de esto la ruta de corriente de desconexion puede presentar tambien otros submodulos con una estructura diferente. En la ruta de desconexion pueden estar previstos tambien unos medios de conmutacion, que se usan para inducir o introducir en la ruta de corriente de funcionamiento una contratension. Estos medios de conmutacion son por ejemplo circuitos en medio 30 puente dispuestos en serie o tambien circuitos en puente completo dispuestos en serie. Los medios de conmutacion no necesitan ningun varistor o descargador.
Otras conformaciones y ventajas convenientes de la invencion son objeto de la siguiente edscripcion de unos ejemplos de realization de la invencion, haciendo referencia a las figuras del dibujo, en donde los slmbolos de referencia iguales se refieren a piezas constructivas con el mismo efecto, y en donde muestran
35 la figura 1 un posible interruptor de tension continua para llevar a cabo el procedimiento conforme a la invencion,
la figura 2 otro interruptor de tension continua a modo de ejemplo para llevar a cabo el procedimiento conforme a la invencion,
las figuras 3, 4 y 5 unas posibles conformaciones de los submodulos para el interruptor de tension continua conforme a la figura 2,
40 la figura 6 otro posible interruptor de tension continua a modo de ejemplo para llevar a cabo el procedimiento conforme a la invencion,
la figura 7 una variation del interruptor de tension continua conforme a la figura 6,
las figuras 8 a 11 un ejemplo de realizacion del procedimiento conforme a la invencion, llevado a cabo con un interruptor de tension continua conforme a la figura 6, y
45 las figuras 12 a 15 otro ejemplo de realizacion del procedimiento conforme a la invencion, que se ha llevado a cabo con un interruptor de tension continua conforme a la figura 7.
La figura 1 muestra un ejemplo de un interruptor de tension continua 1, con el que puede llevarse a cabo el procedimiento conforme a la invencion. El interruptor de tension continua 1 presenta un primer borne de conexion 2 as! como un segundo borne de conexion 3, entre los cuales se extiende una ruta de corriente de funcionamiento 4. 50 En la ruta de corriente de funcionamiento 4 estan dispuestos una inductividad 5 para limitar un flujo de corriente, un interruptor mecanico 6, un interruptor mecanico 7 comparativamente mas rapido as! como un interruptor de conmutacion electronico 8. El interruptor de conmutacion electronico 8 presenta un circuito serie formado por unos
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interruptores semiconductores de potencia 10, que pueden conectarse y desconectarse. A este respecto esta conectado en paralelo a cada interruptor semiconductor de potencia 10 un diodo de pinon libre 11 en contrasentido.
El interruptor de tension continua 1 posee ademas una ruta de corriente de desconexion 9, que puentea el interruptor mecanico 7 y el interruptor de conmutacion electronico 8, y en la que esta tambien dispuesto un interruptor semiconductor de potencia 10 que puede conectarse y desconectarse. A cada interruptor semiconductor de potencia 10 que puede conectarse y desconectarse esta conectado en paralelo a su vez un diodo de pinon libre 11 en contrasentido. Puede reconocerse que los dos interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse, por ejemplo IGBTs, IGCTs, etc., presentan el mismo sentido de paso. Esto es valido de forma correspondiente para los diodos de pinon libre 11 correspondientes. Los interruptores semiconductores de potencia 10 subsiguientes estan orientados sin embargo en sentido opuesto a los mismos. De este modo, si fluye una corriente desde el borne de conexion 2 al borne de conexion 3, esta solo puede ser interrumpida por los dos primeros interruptores semiconductores de potencia 10. En otras palabras, los interruptores semiconductores de potencia 10 estan dispuestos en antiserie. Forman dos grupos, en donde los sentidos de paso de los interruptores semiconductores de potencia de un grupo tienen la misma orientacion, mientras que el sentido de paso de los interruptores semiconductores de potencia de un grupo esta orientada en contrasentido respecto al sentido de paso de los interruptores semiconductores de potencia 10 del otro grupo. De este modo y manera es posible la conmutacion de corrientes continuas en ambos sentidos.
Para poder absorber la energla acumulada en la red de tension continua al desconectar la corriente mediante los interruptores semiconductores de potencia 10, esta conectado un descargador 12 en paralelo a los interruptores semiconductores de potencia 10. En el ejemplo de realizacion mostrado en la figura 1 la ruta de corriente de desconexion 9 esta estructurada modularmente y forma unos modulos 13 bipolares, que estan conectados en serie. En la figura 1 solo pueden reconocerse dos modulos 13 para obtener una mejor vision de conjunto. Sin embargo, su numero depende del valor de la respectiva tension.
En un ejemplo de realizacion del procedimiento conforme a la invencion se conecta en primer lugar al borne de conexion 3 el tramo de red a acoplar. A este respecto el conmutador 7 mecanico rapido esta abierto y los interruptores semiconductores de potencia 10 que pueden conectarse y desconectarse, que previamente se han preparado para funcionar, se encuentran en su posicion de seccionamiento. A continuation se cierra el interruptor 6. Mediante una activation conveniente de los interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse, por ejemplo mediante una modulation en anchura de pulso, se inicia lentamente, por ejemplo en forma de rampa, la tension proporcionada en el lado de salida en el borne de conexion 3 y de este modo en el tramo de red de tension continua conectado. Si la tension continua proporcionada en el borne de conexion 3 se corresponde aproximadamente con la tension continua presente en el lado de entrada en el borne de conexion 2, se cierra el interruptor mecanico 7. A continuacion se trasladan a su estado de conduction los interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse. El interruptor de tension continua 1 esta seguidamente listo para funcionar. El tramo de red de tension continua esta acoplado. El interruptor de tension continua esta dispuesto en serie en un polo de la red de tension continua.
En la figura 2 se muestra otro interruptor de tension continua 1. El interruptor de tension continua mostrado en la figura 2 presenta a su vez una ruta de corriente de funcionamiento 4 as! como una ruta de corriente de desconexion 9, en donde en la ruta de corriente de funcionamiento 4 esta dispuesto un interruptor mecanico 7, que esta puenteado mediante la ruta de corriente de desconexion 9. En la ruta de corriente de desconexion 9 estan dispuestos en serie una unidad de conmutacion de potencia 14 y unos medios de conmutacion 15. Ademas de esto esta previsto un ramal de carga 16, que presenta un interruptor mecanico 17 y una resistencia ohmica 18 y que, con el interruptor 17 cerrado, conecta la ruta de corriente de desconexion 19, a un potencial de tierra.
La unidad de conmutacion de potencia 14 y los medios de conmutacion 15 presentan respectivamente un circuito serie formado por unos submodulos 19 bipolares. El numero de submodulos 19 en la unidad de conmutacion de potencia 14 depende de la tension a conmutar. El numero de submodulos 19 en los medios de conmutacion determina la contratension que puede generarse como maximo.
En las figuras 3, 4 y 5 se han representado unos ejemplos de posibles submodulos 19 para el interruptor de tension continua conforme a la figura 2. En el caso mas sencillo se trata en el caso de un submodulo 19 de un interruptor semiconductor de potencia que puede conectarse y desconectarse, al que esta conectado en paralelo un diodo de pinon libre en contrasentido. A cada interruptor semiconductor de potencia 10 esta conectado en paralelo un descargador 12. Sin embargo, para los medios de conmutacion 15 no se contemplan unos submodulos 19 conforme a la figura 3, ya que estos no pueden generar ninguna contratension. Para ello son sin embargo adecuados unos submodulos 19, respectivamente con una acumulador de energla 20 en forma de un condensador. Al condensador o acumulador de energla 20 esta conectado en paralelo, en el caso de un submodulo conforme a la figura 4, un circuito serie 21 formado por dos interruptores semiconductores de potencia 10 con unos diodos de pinon libre 11 paralelos en contrasentido. Un primer borne de conexion de submodulo 22 esta conectado al punto de potencial entre los interruptores semiconductores de potencia 10 del circuito serie 21. El otro borne de conexion de submodulo 23 hace contacto por el contrario con un polo del condensador unipolar 20. Segun la activacion de los interruptores
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semiconductores de potencia 10 que pueden conectarse y desconectarse puede generarse por ello, entre los bornes de conexion 22 y 23, ya sea la tension de condensador que cae en el condensador 20 o una tension cero. Para no tener que lamentar en el caso de una averla de un solo submodulo la averla de todo el interruptor de tension continua 1, cada submodulo 19 puede puentearse mediante un interruptor mecanico o electronico 24 rapido. Ademas de esto se usa un diodo 25 entre losbornes de conexion 22 y 23 para conducir corrientes de cortocircuito elevadas. Si se quiere que el submodulo 19 forme parte de la unidad de conmutacion de potencia 14, es conveniente conectar al condensador 20 en paralelo un descargador. Un descargador 12 de este tipo no es necesario para los submodulos 19 de los medios de conmutacion 15. Solo se usan para generar una contratension en la ruta de funcionamiento de funcionamiento 4 y 5 y, de este modo, para generar un paso por cero de corriente en el interruptor mecanico 7.
Los medios puentes conforme a la figura 4 solo pueden interrumpir el flujo de corriente en un sentido. Un flujo de corriente desde el segundo borne de conexion de submodulo 23 mostrado en la figura 4 hasta el primer borne de conexion de submodulo 22 conducirla a traves de los diodos de pinon libre 11 no controlados dispuestos entre estos bornes. Por ello no es posible un control de la corriente.
Sin embargo, puede conseguirse influir en ambos sentidos de corriente con un circuito en puente completo conforme a la figura 5. En la figura 5 se ve claramente un submodulo 19, que representa un circuito en puente completo. Al condensador 20 estan conectados dos circuitos serie 21a y 21b. Cada circuito serie 21a, 21b presenta dos interruptores semiconductores de potencia 10 que pueden conectarse y desconectarse, con unos diodos de pinon libre en contrasentido. Los bornes de conexion de submodulo 22, 23 estan conectados respectivamente a un punto de potencial entre los interruptores semiconductores de potencia 10.
Para acoplar la red de tension continua 1, el borne de conexion 3 del interruptor de tension continua 1 se conecta en primer lugar al tramo de red de tension continua a acoplar. El interruptor 7 en la ruta de corriente de funcionamiento 4 esta abierto. A continuacion se prepara para funcionar el interruptor de tension continua 1 a traves del ramal de carga 16, por medio de que se cierra el interruptor 17 y la ruta de corriente de desconexion 19 se conecta de este modo, a traves de la resistencia ohmica 18, a un potencial de tierra. En el caso de los submodulos 19 conforme a la figura 4 o 5 puede cargarse a continuacion los condensadores 20 de los submodulos 19, despues de aplicar una tension continua al borne de conexion 2, que para ello se conecta a un polo de una fuente de tension continua. Tambien la electronica de control de los interruptores semiconductores de potencia, que se alimenta desde la tension que cae en los interruptores semiconductores de potencia 10, esta ahora lista para funcionar.
Si la unidad de conmutacion de potencia 14 esta lista para funcionar, puede abrirse el interruptor 17 del ramal de carga 16 y acoplarse el tramo de red de tension continua conectado al borne de conexion 3, con una activacion conveniente de los interruptores semiconductores de potencia 10 de la unidad de conmutacion de potencia, en donde la tension se inicia en forma de rampa. Sin embargo, esto solo es posible sin mas si los submodulos 19 de los medios de conmutacion 15 configuran unos circuitos en medio puente conforme a la figura 4. En el caso de circuitos en puente completo estos tienen o bien que puentearse o prepararse previamente los submodulos 19 para funcionar, para a continuacion trasladar los interruptores semiconductores de potencia 10 a su posicion de paso. Para ello habrla que conectar el ramal de carga por ejemplo al punto de potencial entre los medios de conmutacion 15 y el borne 3. Para ello podrlan emplearse convenientemente unos interruptores. A diferencia de esto esta previsto un segundo ramal de carga en este punto.
La figura 6 muestra otro interruptor de tension continua 1 para llevar a cabo el procedimiento conforme a la invencion. El interruptor de tension continua 1 presenta a su vez un primer borne de conexion 2 as! como un segundo borne de conexion 3. Entre los bornes de conexion 2 y 3 se extiende una ruta de corriente de funcionamiento 4, en la que estan dispuestos dos interruptores mecanicos 26 y 27 en serie. Ademas de esto puede reconocerse una ruta de corriente de desconexion 9, con la que puede puentearse el interruptor mecanico 26. En la ruta de corriente de desconexion 9 esta dispuesta una unidad de conmutacion de potencia 14, que se compone de un circuito serie formado por submodulos 19 conforme a una de las figuras 3, 4 o 5. Ademas de esto esta previsto en la ruta de desconexion 19 un tercer interruptor mecanico 29. El punto de potencial entre la unidad de conmutacion de potencia 14 y el tercer interruptor mecanico 29 puede conectarse al ramal de caga 16 y de este modo al potencial de tierra. A traves de un cuarto interruptor mecanico 28 puede interrumpirse la ruta de corriente entre el borne de conexion 2 y el ramal de carga 16 conectado, de tal manera que la corriente desde el borne de conexion 2 hasta tierra solo puede fluir a traves de la unidad de conmutacion de potencia 14 y carga los acumuladores de energla 20 que esten dado el caso all! dispuestos.
Para limitar la corriente estan previstas de nuevo dos inductividades 5 en forma de bobinas, etc. En la ruta de corriente de desconexion 9 pueden estar dispuestos a continuacion a su vez tambien unos medios de comunicacion no representados en las figuras, que son esenciales para el posterior funcionamiento del interruptor de tension continua 1.
La figura 7 muestra un ejemplo de realization de un interruptor de tension continua que difiere algo de la figura 6, en donde los interruptores mecanicos 28 y 29 estan dispuestos muy cerca de los bornes de conexion 2 o 3. El cuarto
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interruptor mecanico 28 esta situado ahora en la ruta de corriente de funcionamiento 4, y lo correspondiente es valido para el tercer interruptor 29. Los diodos 30 y 31 impiden un flujo de corriente desde los bornes de conexion 2 o 3 directamente hasta el ramal de carga conectado 16, sin que la corriente fluya a traves de la unidad de conmutacion de potencia 14. De este modo es posible una carga de los acumuladores de energla de la unidad de conmutacion de potencia 14 mediante el ramal de carga 16.
El procedimiento conforme a la invencion se quiere aclarar a continuacion a modo de ejemplo en base a las figuras 8, 9, 10 y 11 para un interruptor conforme a la figura 6. En primer lugar todos los interruptores mecanicos 26, 27, 28 y 29 se encentran en su posicion de apertura. El borne de conexion 2 se conecta a una fuente de tension continua, por ejemplo al polo positivo de una red de tension continua, y el borne de conexion 3 al tramo de red de tension continua a acoplar. En el estado inicial la red de tension continua a acoplar se encuentra aproximadamente a potencial de tierra. Para simplificar supondremos que la unidad de conmutacion de potencia 14 se compone de un circuito serie formado por submodulos conforme a la figura 5 - es decir por puentes completos. Para cargar los condensadores 20 se cierran el interruptor mecanico 17, la parte de carga 16 y el interruptor mecanico 27 en la ruta de corriente de funcionamiento 4. A traves de la unidad de conmutacion de potencia 14 fluye de este modo una corriente de carga, cuya magnitud esta determinada por la resistencia 18 del ramal de carga 16. En los interruptores semiconductores de potencia 10 cae ademas una tension, con cuya ayuda se alimenta con la energla necesaria la electronica de los interruptores semiconductores de potencia 10 que pueden conectarse y desconectarse.
La carga de los condensadores 20 puede verse claramente en la figura 9, en donde la ruta de corriente de la corriente de carga I puede verse claramente en las figuras.
Si los condensadores 20 estan cargados y la electronica esta preparada para funcionar, se abre el interruptor 17 del ramal de carga 16 y se cierra el tercer interruptor mecanico 29, de tal manera que puede realizarse un acoplamiento controlado del tramo de red de tension continua conectado al borne de conexion 3. A este respecto se activan especlficamente los interruptores semiconductores de potencia 10 de la unidad de conmutacion de potencia 14, de tal manera que se produce un inicio lento de la tension. Si la tension continua que cae en el borne de conexion 3 se corresponde aproximadamente con la tension aplicada al borne de conexion 2, se cierra el primer interruptor 26 en la ruta de corriente de funcionamiento 4. La corriente es conducida de este modo a traves de la ruta de corriente de funcionamiento 4.
Las figuras 12 a 15 aclaran un ejemplo de realizacion del procedimiento conforme a la invencion con ayuda de un interruptor de tension continua 1 conforme a la figura 7. En primer lugar se cierran los interruptores 17, 27 y 28 para cargar el acumulador de energla 20 del interruptor de tension continua 1, as! como para hacer funcionar la electronica de los interruptores semiconductores de potencia que pueden conectarse y desconectarse. En la figura 13 puede verse claramente el flujo de corriente de carga I para cargar el acumulador de energla 20.
A continuacion se abre el interruptor 17 del ramal de carga 16 y el interruptor 29 se conecta al borne de conexion 3. En esta posicion de interruptor puede realizarse seguidamente una carga controlada del tramo de red de tension continua conectado al borne de conexion 3. Para ello se activan de forma especlfica y controlada los interruptores semiconductores de potencia 10 que pueden conectarse y desconectarse de la unidad de conmutacion de potencia 14. Mediante el cierre del interruptor 17 se hace tambien posible, en el estado de funcionamiento normal, una carga de los acumuladores de energla 20. Los diodos 30, 31 instalados fuerzan a la corriente de carga a fluir a traves de la unidad de conmutacion de potencia 14 hasta tierra.

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para acoplar un tramo de red de tension continua mediante un interruptor de tension continua (1) que presenta dos bornes de conexion (2, 3), el cual presenta una ruta de corriente de funcionamiento (4) con un interruptor mecanico (7) y una ruta de corriente de desconexion (9) que puentea el interruptor mecanico (7), en la 5 que esta dispuesto al menos un interruptor semiconductor de potencia (10) que puede conectarse y desconectarse, en donde la ruta de corriente de desconexion (9) presenta una mayor resistencia electrica que el tramo de la ruta de corriente de funcionamiento (4) puenteado por el mismo, caracterizado porque
    - el interruptor mecanico (7) se abre y se bloquea un flujo de corriente a traves de la ruta de corriente de desconexion (9),
    10 - a continuacion el primer borne de conexion (2) se conecta a un polo de una fuente de tension continua y el
    segundo borne de conexion (3) a un polo del tramo de red de tension continua,
    - finalmente se aplica de forma controlada tension al tramo de red de tension continua mediante la activacion del interruptor semiconductor de potencia (10) y
    - a continuacion se cierra el interruptor mecanico (7).
    15 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la ruta de corriente de desconexion (9) se conecta
    al potencial de tierra, despues de la conexion de un polo de la fuente de tension continua y antes del acoplamiento controlado del tramo de red de tension continua, mediante un ramal de carga (16) que presenta una resistencia ohmica (18).
  2. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque antes del acoplamiento controlado del tramo de red 20 de tension continua se conecta la ruta de corriente de desconexion mediante un ramal de carga (16), que presenta
    una resistencia ohmica (18), a un contrapolo de una fuente de tension continua.
  3. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque la ruta de corriente de desconexion (9) se conecta al contrapolo de la fuente de tension continua, antes de conectar el primer borne de conexion (2) a un polo de la fuente de tension continua.
    25 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque esta dispuesto en la ruta de
    corriente de desconexion (9) un circuito serie formado por submodulos bipolares (19), que presentan respectivamente un acumulador de energla (20) y un circuito semiconductor de potencia (21) en paralelo al acumulador de energla (20), que esta conectado de tal modo a los bornes de conexion de submodulo (22, 23) del submodulo (19) que, con una activacion correspondiente del interruptor semiconductor de potencia (10) del circuito 30 semiconductor de potencia (21), puede generarse ya sea la tension que cae en el acumulador de energla (20) o una tension cero en los bornes de conexion de submodulo (22, 23).
  4. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado porque los submodulos (9) configuran al menos parcialmente un circuito en medio puente, en donde al respectivo acumulador de energla (20) esta conectado en paralelo un circuito serie (21) formado por dos interruptores semiconductores de potencia (10), que pueden
    35 conectarse y desconectarse, con unos diodos de pinon libre (11) paralelos en contrasentido, en donde un primer borne de conexion de submodulo (22) esta conectado al punto de potencial entre los interruptores semiconductores de potencia (10) y el segundo borne de conexion de submodulo (23) a un polo del acumulador de energla (20).
  5. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 5 o 6, caracterizado porque los submodulos (9) configuran al menos parcialmente un circuito en puente completo, en donde al respectivo acumulador de energla (20) estan conectados
    40 en paralelo dos circuitos serie (21a, 21b) formados respectivamente por dos interruptores semiconductores de potencia (10), que pueden conectarse y desconectarse, con unos diodos de pinon libre (11) paralelos en contrasentido, y el primer borne de conexion de submodulo (22) esta conectado al punto de potencial entre los interruptores semiconductores de potencia (10) del primer circuito serie (21a) y el segundo borne de conexion de submodulo (23) al punto de potencial entre los interruptores semiconductores de potencia (10) del segundo circuito 45 serie (21b).
  6. 8. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque a los submodulos (19) estan conectados en paralelo unos varistores o descargadores (12).
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