ES2710555T3

ES2710555T3 - Procedimiento y dispositivo para proteger una fuente de alimentación ESP para sobretensiones transitorias en la red eléctrica

Info

Publication number: ES2710555T3
Application number: ES11766964T
Authority: ES
Inventors: Per Ranstad; Jörgen Linner
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2031-09-30
Also published as: US9899831B2; WO2012045666A2; EP2625776A2; AU2011311668A1; WO2012045666A3; US20130321959A1; CN103229400A; ZA201302815B; BR112013008386A2; AU2011311668B2; CA2813815A1; CA2813815C; EP2625776B1; BR112013008386B1; JP2013539350A; JP5974011B2

Abstract

Unidad de conversión de alimentación de potencia, en particular, para un precipitador electrostático, que convierte la frecuencia de la alimentación (1) de entrada alterna en salida (Ua, Ub) alterna de alta frecuencia mediante la rectificación de la alimentación de entrada alterna (1) en un rectificador (12) a una corriente continua (Udc), que se convierte a corriente alterna en un inversor (13) de puente completo en un circuito de puente de tipo H con interruptores (48) controlados por una unidad (23) de control, caracterizada porque en el lado de entrada del rectificador (12) se proporciona al menos una circuitería (34, 35, 37) de protección contra sobretensiones, en la que la circuitería (34, 35, 37) de protección contra sobretensiones comprende al menos un inductor (37) en cada una de las fases de la alimentación (1) de entrada alterna, respectivamente, y en la que al menos una circuitería (36) limitadora de tensión está provista en el lado de entrada de al menos un inductor (37).

Description

DESCRIPCION

Procedimiento y dispositivo para proteger una fuente de alimentacion ESP para sobretensiones transitorias en la red electrica

Campo tecnico

La presente invencion se refiere al campo de las alimentaciones de potencia, por ejemplo, para la operacion de dispositivos tales como precipitadores electrostaticos. Ademas, se refiere a procedimientos de operacion de tales alimentaciones de potencia, asf como los usos de dichas alimentaciones de potencia.

Tecnica anterior

Con la creciente preocupacion por la contaminacion ambiental, la reduccion de las emisiones de partfculas mediante el uso de Precipitadores Electrostaticos (ESP) es un tema muy importante para las centrales electricas de carbon. Los ESP son colectores de polvo altamente adecuados. Su diseno es robusto y son muy fiables. Ademas, son los mas eficaces. Los grados de separacion por encima del 99,9 % no son inusuales. Ya que, en comparacion con los filtros de tela, sus costes de operacion son bajos y el riesgo de danos y paros debido a trastornos funcionales es considerablemente menor, son una eleccion natural en muchos casos. En un ESP, el gas contaminado se conduce entre electrodos conectados a una alimentacion de potencia ESP. Generalmente, este es un transformador de alta tension con control de tiristores en el lado primario y un puente rectificador en el lado secundario. Esta disposicion esta conectada a la red electrica de CA normal y, por lo tanto, se suministra a una frecuencia, que es de 50 o 60 Hz. El control de potencia se efectua variando los retardos de disparo de los tiristores. Cuanto menor sea el angulo de retardo, es decir, cuanto mas largo es el penodo de conduccion, mas corriente se suministra al ESP y mayor sera la tension entre los electrodos del ESP.

Los ESP modernos se dividen en varias secciones de bus para aumentar la eficacia de recoleccion. Cada una de estas secciones de bus tiene su propia alimentacion de potencia (PS), que se controla individualmente y tiene un intervalo de potencia de salida tfpico de 10-200 kW y un intervalo de tension de salida de 30-150 kVDC.

Las alimentaciones de potencia del ESP moderno a menudo se basan en convertidores resonantes con el fin de usar las no idealidades del transformador y tener una conmutacion suave para un amplio intervalo de operacion. Una alimentacion de potencia ejemplar para ESP se conoce a partir del documento US 2009/0129124 A1.

La proteccion contra sobretensiones para convertidores con rectificadores conmutados de frecuencia de lmea se conoce a partir del documento DE 102007007922 A1.

Adicionalmente, el uso de la tasa de cambio de tension como una entrada al controlador de tension de enlace de CC se conoce a partir del documento US 2007/0121354 A1. El documento EP1870994 desvela un convertidor de CA/CA de alta frecuencia de un precipitador electrostatico.

Sumario de la invencion

La presente invencion se define en la reivindicacion 1.

Una alimentacion de potencia ESP contiene todo el equipo necesario para soportar una unica seccion de bus ESP con alta tension. Los principales bloques electronicos de la alimentacion de potencia ESP son unidades de conversion, unidades de alta tension, y unidades de control. La unidad de conversion esta realizando la conversion de frecuencia de la potencia entrante que generalmente se basa en los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) en un llamado puente de tipo H. La unidad de alta tension es un transformador con rectificador. La unidad de control adapta el flujo de potencia a la seccion del bus de acuerdo con las condiciones operativas reales.

En caso de una sobretension transitoria en la red electrica, existe el riesgo de una sobretension en el enlace de CC en tal alimentacion de potencia. Como consecuencia, puede producirse una falla de IGBT debido a una sobretension a traves de un transistor del puente de tipo H, que esta en el estado de bloqueo.

Los problemas asociados con este efecto se resuelven mediante el dispositivo y el procedimiento de acuerdo con esta invencion y como se reivindica en las reivindicaciones adjuntas.

Concretamente, la presente invencion se refiere a una unidad de conversion de alimentacion de potencia, en particular, para un precipitador electrostatico, que convierte la frecuencia de la alimentacion de entrada alterna en salida alterna de alta frecuencia mediante la rectificacion de la alimentacion de entrada alterna en un rectificador a una corriente continua, que, a su vez, las convierte a corriente alterna en un inversor de puente completo en un circuito de puente de tipo H con interruptores controlados por una unidad de control. Espedficamente, de acuerdo con la invencion, en el lado de entrada del rectificador se proporciona al menos una circuitena de proteccion contra sobretensiones. La expresion circuitena de proteccion contra sobretensiones no pretende significar fusibles simples en las lmeas de entrada, sino que se refiere a la proteccion contra sobretensiones de las lmeas con respecto a tierra y/o entre las fases individuales de la entrada. De acuerdo con una primera realizacion preferente, por lo tanto, la circuitena de proteccion contra sobretensiones comprende, al menos, una circuitena de limitacion de tension, normalmente se basa en varistores tal como los varistores de oxido de metal, limitando la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion de entrada alterna o entre los niveles de la corriente continua, respectivamente. De acuerdo, aun, con otra realizacion preferente, la circuitena de proteccion contra sobretensiones comprende al menos una circuitena de limitacion de tension adicional que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion de entrada alterna y a tierra o entre los niveles de la corriente directa y a tierra.

Una realizacion preferente adicional se caracteriza porque la circuitena de proteccion contra sobretensiones comprende al menos un inductor en cada una de las fases de la alimentacion de entrada alterna, respectivamente. Preferentemente, se proporciona al menos una circuitena de limitacion de tension, opcionalmente en combinacion con al menos una circuitena de limitacion de tension adicional provisto en el lado de entrada del al menos un inductor y se proporciona al menos una circuitena de limitacion de tension, opcionalmente en combinacion con al menos una circuitena de limitacion de tension adicional provisto en el lado de salida del al menos un inductor.

Una circuitena de limitacion de tension adicional provista en el lado de salida del al menos un inductor podna no ser suficiente para proteger el rectificador durante cambios transitorios. Los rapidos aumentos en la tension de entrada son efectivos sin retardo en el lado de entrada del al menos un inductor y tambien podnan danar el inductor. Por lo tanto, la circuitena limitadora de tension provista en el lado de entrada de al menos un inductor es mas eficaz para la proteccion durante transiciones rapidas.

Debido a las tfpicas no idealidades de la circuitena de limitacion de tension y, con el fin de controlar de manera segura la tasa maxima de cambio de tension/corriente que llega a los interruptores del puente, esta combinacion particular de dos circuitenas de limitacion de tension dispuestas a ambos lados del inductor ha demostrado ser altamente eficaz.

Tfpicamente, los interruptores del puente de tipo H son al menos cuatro elementos de conmutacion, preferentemente, al menos cuatro elementos IGBT controlados por una misma unidad de control.

Con el fin de proteger completamente los elementos de conmutacion de la sobretension, de acuerdo con otra realizacion preferente, se provee al menos un elemento o sensor para la deteccion de la tension y/o la corriente, asf como su comportamiento temporal (tasa de cambio) en las lmeas de la seccion de corriente continua, los valores de salida de que elemento se usan en/operativamente unido a la unidad de control para el control de los interruptores. La unidad de control, cuando se alcanzan valores de umbral en la tension y/o la corriente, asf como su comportamiento temporal, se adapta para que los interruptores pasen al estado de apagado de bloqueo. Preferentemente, el apagado es iniciado por la unidad de control cuando los valores detectados estan alcanzando un valor de umbral superior, o un valor de umbral inferior, o alcanzando una tasa de cambio del valor, o por un valor de umbral calculado dinamicamente basandose en valores de umbral superior/inferior fijos y la tasa actual de cambio del valor.

En una forma de realizacion adicional, el apagado se inicia por la logica de proteccion independiente. Esto permite una respuesta mas rapida a los cambios peligrosos en la tension que el uso de la tension en el controlador de tension. En particular, la logica de proteccion independiente es mas rapida que el propio control de tension. La combinacion de un control de tension con una logica de proteccion permite operar a tensiones mas altas, mejorando asf el rendimiento y ampliando el intervalo de operacion del dispositivo.

Normalmente en la alimentacion de entrada alterna hay una entrada trifasica, opcionalmente protegida por fusibles en cada una de las lmeas.

De acuerdo con una realizacion preferente en concreto, la circuitena de proteccion contra sobretensiones incluye varistores, preferentemente varistores de oxido de metal, en la que, ademas, preferentemente, al menos una circuitena de limitacion de tension y/o la circuitena de limitacion de tension adicional se basa esencialmente de manera exclusiva en varistores, preferentemente conectada en la respectiva circuitena delta.

Aun mas concretamente, preferentemente la circuitena de proteccion contra sobretensiones comprende al menos una circuitena de limitacion basandose en variadores de tension que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion de entrada alterna trifasica, en la que la circuitena de proteccion contra sobretensiones comprende, ademas, al menos una circuitena de limitacion basandose en variadores de tension que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion de entrada alterna trifasica y a tierra, en la que la circuitena de proteccion contra sobretensiones comprende al menos un inductor en cada una de las fases de la alimentacion de entrada alterna trifasica, y en la que se proporciona al menos una circuitena de limitacion de tension, en combinacion con al menos una circuitena de limitacion de tension adicional provisto en el lado de entrada del al menos un inductor y se proporciona al menos una circuitena de limitacion de tension, en combinacion con al menos una circuitena de limitacion de tension adicional provisto en el lado de salida del al menos un inductor.

La unidad de conversion de la alimentacion de potencia tal como se describio anteriormente se puede usar de la siguiente manera: preferentemente, se provee al menos un elemento o sensor para la deteccion de la tension y/o la corriente, y/o su comportamiento temporal en las lmeas de la seccion de corriente continua, y los valores de medicion de este elemento se usan la unidad de control para el control de los interruptores.

De acuerdo con un uso preferente de la unidad de conversion de la alimentacion de potencia, la proteccion contra sobretensiones de la unidad de conversion de la alimentacion de potencia se efectua por que la unidad de control, al detectar/recibir valores de umbral en la tension medida y/o la corriente y/o el comportamiento temporal del mismo, convierte todos los interruptores del puente de tipo H en el estado de apagado de bloqueo.

Preferentemente, el apagado es iniciado alcanzando un valor de umbral superior, o un valor de umbral inferior, o alcanzando una tasa maxima de cambio del valor, o por un umbral calculado dinamicamente basandose en valores de umbral superior/inferior fijos y la tasa medida de cambio del valor. En este ultimo caso, el objetivo del control es asegurarse de que esta absolutamente excluido que los valores de tension/corriente alcancen los interruptores que danan este elemento de construccion. Correspondientemente en la tasa de cambio de la tension, por ejemplo, es lento, es seguro apagar los elementos de conmutacion esencialmente al alcanzar un valor de umbral fijo. Sin embargo, si la tasa de cambio es alta, el valor de umbral debe adaptarse con el fin de tener en cuenta que el sistema no reaccionara instantaneamente ante la senal de apagado, y tener en cuenta que, debido a esto, el valor de la tension visto por el dispositivo puede aumentar peligrosamente justo despues de la conmutacion de la senal. En terminos generales, por lo tanto, se puede decir que cuanto mayor sea la tasa de cambio detectada, mas conservador sera el valor de umbral se debe establecer. Entonces, cuanto mayor sea la tasa de cambio al acercarse a los valores cnticos, menor sera el valor umbral tiene que ser elegido.

Un posible esquema de control puede ser dado por el calculo de una funcion de control F(u(t)) como una funcion de la presente tension u(t) en las lmeas en la seccion de corriente continua (tension de enlace de CC), cuya funcion depende del valor de tension medida actualmente u(t) y de una primera derivada u '(t) del mismo. Opcionalmente tambien se puede tener en cuenta una segunda derivada u"(t). Cada una de las derivadas se puede multiplicar por las constantes A y B que conducen a la siguiente ecuacion:

El control debena preferentemente no solo controlar dependiendo del valor de F(u(t)), sino tambien en u(t), asf pues, el valor actual de la tension medida del enlace de CC. En otras palabras, tomando Umax como el valor maximo permitido de la tension en el Enlace-CC, la senal de conmutacion de detencion debe ser iniciada por la unidad de control cuando al menos una de las siguientes dos condiciones:

se ha satisfecho. El esquema de control correspondiente tambien puede complementarse con una dependencia de la corriente medida en el enlace de CC.

Tfpicamente, la tasa maxima de cambio del valor, por lo que la tasa de cambio de valor que, cuando se excede, conduce a un apagado automatico de todos los interruptores, esta en el intervalo de 0,1-10 kV/ms, preferentemente en el intervalo de 0,5-2 kV/ms.

Tfpicamente, el valor de umbral superior esta en el intervalo de (800 V) - (2000 V), preferentemente en el intervalo de (900 V) - (1200 V). El valor de umbral inferior esta normalmente en el intervalo de (0 V) - (700 V), preferentemente, en el intervalo de (350 V)-(550 V).

La presente invencion se refiere a un uso de una alimentacion de potencia como se describio anteriormente, aun mas preferentemente usando el procedimiento de operacion anterior, para el funcionamiento de un precipitador electrostatico, en el que preferentemente se usan al menos dos alimentaciones de potencia, cada una para al menos una seccion de bus del precipitador electrostatico.

Otras realizaciones de la invencion se establecen en las reivindicaciones dependientes.

Breve descripcion de los dibujos

Se describen las realizaciones preferentes de la invencion en lo siguiente con referencia a los dibujos, que tienen el objeto de ilustrar las presentes realizaciones preferentes de la invencion y no con el objeto de limitar la misma. En los dibujos,

la figura 1 muestra un esquema de instalacion ESP tfpico, espedficamente un sistema con varias secciones de bus secuenciales controladas por 24 alimentaciones de potencia;

la figura 2 a) muestra un esquema de una unica alimentacion de potencia ESP de alta frecuencia, b) un esquema de una alimentacion de potencia ESP de frecuencia monofasica tfpica, c) un diagrama de bloques de una unica alimentacion de potencia ESP de alta frecuencia;

la figura 3 muestra un detalle de un tramo de puente del inversor de puente completo;

la Fig. 4 muestra la tension en funcion del tiempo bajo la accion de conmutacion IGBT, las lmeas de cuadncula indican 10 ms, por lo que el penodo de pulso es de alrededor de 40 ms; la figura 5. como ejemplo, muestra la conectividad de un grupo de 3 alimentaciones de potencia ESP con un motor de ventilador ESP;

la figura 6 muestra la tension del tramo del puente, Ua, cuando se detiene la conmutacion de IGBT, las lmeas de cuadncula indican 200 ms;

la figura 7 muestra un diagrama de circuito de una unidad de conversion de una alimentacion de potencia ESP con circuitena de proteccion; y

la figura 8 muestra esquematicamente los posibles elementos del esquema de control en funcion de la tension del enlace de CC.

Descripcion de realizaciones preferentes

Por lo general, un sistema ESP se divide en varias secciones de bus para mejorar la eficacia de recoleccion de partmulas. En sistemas pequenos, solo 2 o 3 secciones de bus estan conectadas en serie y varias secciones de bus grandes estan conectadas en paralelo y en serie. Las diferentes alimentaciones de potencia con diferentes niveles de potencia a menudo energizan las secciones de bus para optimizar la eficacia de recoleccion de la seccion del bus unico.

La figura 1 muestra una instalacion ESP tfpica con varias secciones de bus secuenciales controladas por 24 alimentaciones de potencia. El precipitador electrostatico 5 comprende un canal lateral de entrada en el que un flujo 4 de gas cargado con partmulas, por ejemplo, polvo de carbon, entra en el ESP. El ESP tiene un campo de entrada 6, seguido por los campos 7 centrales y termina por un campo 8 de salida, cuya salida esta conectada a una pila 9 a traves de la cual el gas 10 de escape limpio sale al medio ambiente. Por lo tanto, el ESP se secciona mecanicamente en campos conectados en serie y celdas conectadas en paralelo para usar la eficacia de recoleccion. Cada posicion de campo/celda se llama una seccion de bus. Una alimentacion de potencia ESP alimenta una sola seccion de bus con alta tension.

Cada uno de los campos 6 - 8 tiene dos filas de sistemas precipitadores de potencia individual (cuatro celdas y seis campos), conduciendo a 24 secciones de bus, y para este fin se proporcionan 24 alimentaciones de potencia (PS) para la energizacion de los precipitadores. Las alimentaciones de potencia se energizan a traves de la alimentacion comun 1, que, a traves de una lmea 2 de baja o media tension y transformadores de distribucion 3 se conectan a las alimentaciones de potencia individuales. En otras palabras, la totalidad de las alimentaciones de potencia esta conectada a un sistema 1 de alimentacion comun y si estas alimentaciones de potencia o al menos una fraccion de las mismas se operan en modo pulsado, la carga en la red principal puede estar muy desequilibrada.

En la figura 2a se ilustra una alimentacion 11 de potencia para alimentar una de las secciones de bus individuales en una configuracion de acuerdo con la figura 1. En el lado de entrada, la alimentacion 11 de potencia esta conectada a la red 1 y primero comprende un rectificador 12 de entrada. En el lado de salida del rectificador 12a de entrada se proporciona corriente continua (CC) y, entre los niveles, se ubica un condensador 18 de enlace de CC. Esta corriente continua se alimenta a traves de un inversor 13 de puente completo con un numero de transistores activados de manera correspondiente. La operacion del inversor 13 de puente completo se controla por los conductores 22 y, a su vez, se controla por una unidad 23 de control. La corriente alterna en el lado de salida del inversor 13 de puente completo ingresa a un tanque resonante y una unidad 14 de transformacion, el circuito resonante dado por una disposicion en serie de un condensador 19 y un inductor 20 seguido de un transformador 21. En el lado de salida, la unidad 14 puede acoplarse a un rectificador 15 de salida cuyo lado de salida se acopla luego a los electrodos de los precipitadores 5 electrostaticos.

Para la operacion pulsada de tal alimentacion de potencia, el inversor de puente completo se opera en modo pulsado a traves de la unidad 23 de control y los controladores 22. Con el fin de controlar todo el sistema, se proporciona un sensor 16 de corriente y tension, cuya salida se usa para controlar la unidad 23.

La presente invencion no esta limitada a alimentaciones de potencia trifasicas (alta frecuencia) como se ilustra en la figura 2a y tambien, mas esquematicamente, en la figura 2c, que normalmente operan a una frecuencia en el tanque resonante en el intervalo de 20 a 200 kHz. Tambien son posibles las unidades de procesamiento de potencia de frecuencia de red como se ilustra en la figura 2b, donde se conecta una red monofasica 1 a la unidad 17, transformada por un transformador 21 y rectificada para el uso final en el ESP despues del rectificador 15 de salida. Por lo tanto, en la alimentacion de potencia ESP, la alimentacion trifasica se rectifica y la tension del enlace de CC (+Udc, -Udc) se aplica a traves del puente 13 de tipo H (Ua, Ub). Los IGBT 48 del puente se controlan de tal manera que se alimenta una tension de onda cuadrada de frecuencia variable a la unidad de alta tension.

Una descripcion mas detallada de la conmutacion del modulo IGBT de la unidad de conversion y su tension nominal de la siguiente manera: la figura 3 muestra una pata 40 de puente del puente de tipo H. Cada una de las puertas incluye un IGBT 48 en paralelo con un condensador 46 y un diodo 47. El tramo 40 del puente se opera de tal manera que una valvula (por ejemplo, el IGBT 24 superior) esta en el estado ENCENDIDO (es dedr, en el estado de conduccion) y la complementaria (por ejemplo, el IGBT 25 inferior) esta en el estado APAGADO (es dedr, en el estado de bloqueo).

Las posibles causas de las sobretensiones transitorias pueden ser rayos, conexion/desconexion de bancos de condensadores o cortocircuitos en equipos conectados, etc. Un ejemplo tipico se ilustra en la figura 5, que ilustra una situacion en la que varias alimentaciones de potencia ESP para diferentes secciones de bus del precipitador electrostatico estan alimentadas por una lmea 26 de distribucion comun. Las alimentaciones de potencia ESP individuales 11 comprenden una unidad 23 de control que entre sf estan conectadas a traves de la lmea 27 de comunicaciones. En tal sistema, puede haber una falla de circuito en una de las alimentaciones de potencia ESP o en una carga 28 diferente adicional conectada a la misma red 1 a traves de la lmea 26 de distribucion comun. Tal carga adicional puede ser, por ejemplo, el motor 28 para el ventilador que esta forzando el flujo de gas a traves de la carcasa del ESP. Cuando los fusibles de proteccion para el ventilador 28 desconectan el cortocircuito, se induce una tension transitoria muy alta que impacta fuertemente en las otras cargas conectadas a la misma lmea 26 de distribucion, es decir, que tiene un gran impacto en las alimentaciones 11 de potencia ESP.

Si se detiene la operacion de conmutacion de los IGBT y ambos IGBT 24, 25 en un tramo 40 del puente estan en estado de bloqueo, la tension del enlace de CC se compartira de manera uniforme entre los dos IGBT 24, 25. En consecuencia, la capacidad de bloqueo del puente 40 de tipo H es el doble de la capacidad de bloqueo de un solo IGBT. Por lo tanto, los IGBT pueden protegerse en condiciones de sobretension al detener la accion de conmutacion. La figura 6 muestra la tension 29 del tramo del puente, Ua, cuando se detiene la accion de conmutacion (indicada por la flecha 30). En la figura se puede ver que la tension a traves de un IGBT se establece en el 50 % de la tension del enlace de CC en 200 - 400 ms.

LA solucion propuesta, ademas de esta supervision de esquema de control, la tension, y su pendiente en los niveles de CC y el apagado de los IGBT con el fin de protegerlos, puede contener una circuitena de proteccion, lo que limita la tasa de aumento de la tension del enlace de CC como resultado de una sobretension transitoria, y un analisis en tiempo real de la dinamica de la tension del enlace de CC. Cuando el analisis arroja una situacion peligrosa, un riesgo proximo para una falla IGBT (sobretension), la conmutacion de los IGBT se detiene. La operacion de conmutacion se reinicia automaticamente cuando las condiciones en el enlace de CC vuelven a la normalidad.

En la figura 7 se ilustra un diagrama de circuito correspondiente estructurado de una alimentacion de potencia ESP. La circuitena de proteccion contiene dos dispositivos 34 y 35 de proteccion contra sobretensiones y un inductor 37. Los dispositivos 34 y 35 de proteccion contra sobretensiones son conjuntos de varistores 45 (varistores de oxido de metal), un grupo 33 que protege el nivel de cada lmea con respecto a tierra 32 y un grupo 36 que protege la diferencia de tension entre las lmeas. Los dispositivos 34 y 35 de proteccion contra sobretensiones estan posicionados a ambos lados del inductor 37.

De hecho, debido a la falta de idealidad de los componentes de los dispositivos de proteccion contra sobretensiones, no puede excluirse que un solo dispositivo de proteccion contra sobretensiones no sea suficiente. En otras palabras, el primer dispositivo 34 de proteccion contra sobretensiones puede no excluir que en un corto penodo de tiempo un valor de alta tension llegue al inductor 37. Con el fin de amortiguar aun mas dicho valor de alta tension, se proporciona el dispositivo 35 de proteccion adicional. En la combinacion de los elementos 34, 35 y 37, la tasa de aumento de la tension del enlace de CC es limitada. El inductor 37 esta conectado en serie a la alimentacion 1 trifasica (en serie con fusibles adicionales 31). En el ejemplo de una implementacion de este tipo como se muestra en la figura 2, un inductor 37 y un inductor de CC 38 (nivel de CC negativo) y 39 (nivel de CC positivo) se han incorporado en el diseno. Los dispositivos 34 y 35 de proteccion contra sobretensiones se agregan a ambos lados de los inductores 37. Esta circuitena 34 y 35 de proteccion limita la tension a traves del inductor 37 y el inductor 38/39 de CC y, por lo tanto, limita la pendiente de la corriente de entrada al enlace de CC de la unidad de conversion. Una tasa de pendiente limitada es positiva cuando se detectan tensiones anormales de los enlaces de CC y ayudara a evitar que los componentes electronicos de potencia fallen.

El controlador 23 realiza continuamente un analisis dinamico de la tension del enlace de CC medida con los sensores 41 y decide rapidamente detener la accion de conmutacion de los modulos IGBT cuando la tension del enlace de CC en un tramo del IGBT amenaza con danar los IGBT.

Un ejemplo del analisis de la dinamica de tension de enlace de CC si es como sigue (ver figura 8):

1. La tension del enlace de CC a traves de un tramo IGBT ha alcanzado un nivel mas alto que el lfmite "alta tension de enlace de CC" 43; si se cumple esta condicion, todos los IGBT se apagan por el control 23.

2. La tension del enlace de CC a traves de un tramo IGBT ha alcanzado un nivel mas bajo que el lfmite "baja tension de enlace de CC" 44; si se cumple esta condicion, todos los IGBT estan desactivados por el control 23.

3. La pendiente de la tension del enlace de CC a traves de un tramo IGBT aumenta/disminuye demasiado rapido (voltios/segundo); si se cumple esta condicion, todos los IGBT se apagan por el control 23. Normalmente, los cambios de tension en el intervalo de kilovoltios por milisegundo se consideran demasiado rapidos.

Los niveles 43 y 44 se pueden establecer como valores fijos no dinamicos. Sin embargo, ventajosamente se implementa un control de combinacion que toma en cuenta la pendiente y los valores maximos. En otras palabras, el nivel 43 maximo, as ^ como el nivel 44 mmimo pueden determinarse dinamicamente en funcion de la pendiente. Si, por ejemplo, la tension del enlace de CC aumenta/disminuye rapidamente, se debe elegir un nivel 43 maximo inferior y un nivel 44 mmimo superior para tener en cuenta que el sistema no reaccionara instantaneamente. Por lo tanto, dependiendo de la velocidad de aproximacion de los valores de nivel, este ultimo debera adaptarse para garantizar que la calificacion de los IGBT no se exceda debido a los efectos del tiempo de reaccion.

El controlador 23 realiza continuamente un analisis de la dinamica de tension de enlace de CC. La circuitena 34, 35, 37 de proteccion anadida al diseno limita la pendiente de la corriente de entrada al convertidor y, por lo tanto, la tasa de aumento de la tension del enlace de CC en caso de una sobretension transitoria en la red electrica. Esto conduce a una mayor confiabilidad de la alimentacion de potencia ESP y permite el reinicio automatico despues de una sobretension transitoria.

El inductor 37 tambien se puede incorporar en el diseno de la unidad de conversion con diferentes configuraciones. Ejemplos de diferentes configuraciones:

1. Solo en el lado de CA del rectificador de entrada (solo los elementos 37 como se ilustra en la figura 7);

2. A ambos lados del rectificador de entrada (como se ilustra en la figura 7). Las partes importantes son los dispositivos de proteccion contra sobretensiones a ambos lados de la inductancia.

Se puede realizar de diferentes maneras el analisis de la dinamica de tension de enlace de CC. Lo que es importante es que la conmutacion de IGBT se detiene con un margen de tiempo suficiente para la situacion peligrosa con el fin de evitar fallas.

El esquema propuesto tambien se puede usar de manera mas general en cualquier equipo de conversion que contenga un puente IGBT ngido por tension que tenga un enlace de CC supervisado por un sistema de control. Lista de signos de referencia

1 alimentacion comun, red

2 lmea de nivel de baja o media tension

3 transformador de distribuciones

4 flujo de gas cargado de partmulas, por ejemplo, polvo de carbon

5 precipitadores electrostaticos

6 campo de entrada

7 campos intermedios

8 campo de salida

9 pila

10 gases de escape limpios

11 alimentacion de potencia

12 rectificador de entrada

13 inversor de puente completo, puente de tipo H

14 tanque resonante y transformador

15 rectificador de salida

16 sensor de corriente y/o tension

17 bloques de tiristores

18 condensador de enlace CC

19 condensador en serie

20 inductor en serie

21 transformador

22 conductores

23 unidad de control

24 puerta 1

25 puerta 2

26 lmea de distribucion

27 interfaz de comunicacion

28 carga adicional, motor del ventilador

29 tension del tramo de puente en funcion del tiempo

30 conmutacion IGBT de detencion, ambos IGBT estan apagados

31 fusibles

32 a tierra

33 varistores para proteccion con respecto a tierra

34 circuitena de proteccion en el lado de entrada del inductor

35 circuitena de proteccion en el lado de salida del inductor

36 varistores para proteccion entre niveles trifasicos

37 inductor

38 inductor CC en nivel negativo

39 inductor CC en nivel positivo

40 medio puente de inversor

41 sensor para tension/corriente de nivel CC 42 pendiente de tension de enlace CC

43 umbral superior del enlace CC

44 umbral inferior del enlace CC

45 varistor de oxido de metal, MOV

46 condensador

47 diodos

48 elemento de conmutacion, IGBT

Ua, Ub, Tension de tramo de puente

+ Udc tension de enlace CC positivo

-Udc tension de enlace CC negativo

t tiempo

Claims

REIVINDICACIONES

1. Unidad de conversion de alimentacion de potencia, en particular, para un precipitador electrostatico, que convierte la frecuencia de la alimentacion (1) de entrada alterna en salida (Ua, Ub) alterna de alta frecuencia mediante la rectificacion de la alimentacion de entrada alterna (1) en un rectificador (12) a una corriente continua (Udc), que se convierte a corriente alterna en un inversor (13) de puente completo en un circuito de puente de tipo H con interruptores (48) controlados por una unidad (23) de control, caracterizada porque en el lado de entrada del rectificador (12) se proporciona al menos una circuitena (34, 35, 37) de proteccion contra sobretensiones,

en la que la circuitena (34, 35, 37) de proteccion contra sobretensiones comprende al menos un inductor (37) en cada una de las fases de la alimentacion (1) de entrada alterna, respectivamente, y

en la que al menos una circuitena (36) limitadora de tension esta provista en el lado de entrada de al menos un inductor (37).

2. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la circuitena (34, 35, 37) de proteccion contra sobretensiones comprende al menos una circuitena (36) de limitacion de tension que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion (1) de entrada alterna, respectivamente, en la que preferentemente la circuitena (34, 35, 37) de proteccion contra sobretensiones comprende, ademas, al menos una circuitena (33) de limitacion de tension adicional que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion (1) de entrada alterna y a tierra (32).

3. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que se proporciona al menos una circuitena (36) de limitacion de tension en combinacion con al menos una circuitena (33) de limitacion de tension adicional provisto en el lado de entrada del al menos un inductor (37).

4. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 2, asf como la reivindicacion 3, en la que se proporciona al menos una circuitena (36) de limitacion de tension, opcionalmente en combinacion con al menos una circuitena (33) de limitacion de tension adicional provisto en el lado de entrada del al menos un inductor (37-39) y se proporciona al menos una circuitena (36) de limitacion de tension, opcionalmente en combinacion con al menos una circuitena (33) de limitacion de tension adicional provisto en el lado de salida del al menos un inductor (37-39).

5. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los interruptores (48) del puente de tipo H son al menos cuatro elementos de conmutacion, preferentemente al menos cuatro elementos de transistor bipolar de puerta aislada (48) controlados por la misma unidad (23) de control.

6. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 5, en la que se proporciona al menos un elemento (41) para la deteccion de una tension (Udc) y/o una corriente, asf como su comportamiento temporal en las lmeas de una seccion de corriente continua, los valores de salida de que elemento (41) se usan en la unidad (23) de control para el control de los interruptores (48).

7. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 6, en la que la unidad (23) de control, cuando se alcanzan valores de umbral en la tension (Udc) y/o la corriente, asf como su comportamiento temporal, se adapta para que los interruptores (48) pasen al estado de apagado de bloqueo.

8. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 7, en la que la unidad (23) de control esta adaptada para iniciar el apagado cuando la tension (Udc) y/o la corriente alcanza un valor de umbral superior, o un valor de umbral inferior, o una tasa de cambio del valor, o un valor de umbral calculado dinamicamente basandose en valores de umbral superior/inferior fijos y la tasa actual de cambio del valor.

9. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con la reivindicacion 8, en la que la tasa maxima de cambio del valor esta en el intervalo de 0,1 a 10 kV/ms, preferentemente en el intervalo de 0,5 a 2 kV/ms, y/o en la que el valor de umbral superior esta en el intervalo de 800 V a 2000 V, preferentemente en el intervalo de 900 V a 1200 V, y/o en el valor de umbral inferior esta en el intervalo de 0 V a 700 V, preferentemente en el intervalo de 350 kV a 550 kV.

10. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que en la alimentacion (1) de entrada alterna hay una entrada trifasica, opcionalmente protegida por fusibles (31) en cada una de las lmeas.

11. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la circuitena de proteccion contra sobretensiones incluye varistores (45), preferentemente varistores de oxido de metal, en la que, ademas, preferentemente, al menos una circuitena (36) de limitacion de tension y/o la circuitena (33) de limitacion de tension adicional se basa esencialmente de manera exclusiva en varistores (45), preferentemente conectada en la respectiva circuitena delta.

12. Unidad de conversion de alimentacion de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la circuitena (34, 35, 37-39, 45) de proteccion contra sobretensiones comprende al menos una circuitena (36) de limitacion basandose en variadores (45) de tension que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion (1) de entrada alterna trifasica, en la que la circuitena (34, 35, 37-39, 45) de proteccion contra sobretensiones comprende ademas al menos una circuitena (33) de limitacion basandose en variadores (45) de tension que limita la tension maxima entre las fases individuales de la alimentacion (1) de entrada alterna trifasica y a tierra (32), en la que la circuitena (34, 35, 37-39, 45) de proteccion contra sobretensiones comprende al menos un inductor (37, 38, 39) en cada una de las fases de la alimentacion (1) de entrada alterna trifasica, y en la que se proporciona al menos una circuitena (36) de limitacion de tension, en combinacion con al menos una circuitena (33) de limitacion de tension adicional provisto en el lado de entrada del al menos un inductor (37-39) y se proporciona al menos una circuitena (36) de limitacion de tension, en combinacion con al menos una circuitena (33) de limitacion de tension adicional provisto en el lado de salida del al menos un inductor (37-39).

13. Uso de una alimentacion de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-12 para la operacion de un precipitador electrostatico, en el que preferentemente se usan al menos dos alimentaciones de potencia, cada una para al menos una seccion de bus del precipitador electrostatico.