ES2735129T3

ES2735129T3 - Mejora de la corriente de falla para recursos de energía con interfaz electrónica de potencia

Info

Publication number: ES2735129T3
Application number: ES16729846T
Authority: ES
Inventors: Andrew Tuckey; Juergen Zimmermann
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2015-06-09
Filing date: 2016-06-08
Publication date: 2019-12-16
Anticipated expiration: 2036-06-08
Also published as: WO2016198463A1; CN107949965A; US20180102638A1; EP3308438A1; EP3308438B1; EP3104484A1; US10566786B2; CN107949965B

Abstract

Un sistema de distribución de potencia con un alimentador (1) de distribución protegido por un dispositivo (6) de protección contra una falla (8) que se produce corriente abajo del dispositivo de protección, y con una primera fuente de energía conectada a través de una interfaz de electrónica de potencia que comprende un convertidor o un inversor (43, 53) al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección y haciendo que el dispositivo de protección elimine la falla dentro de un primer tiempo de eliminación de fallas, caracterizado por que el sistema de energía comprende una máquina (9) de inducción conectada al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección, y adaptada para causar, en particular junto con la primera fuente de energía conectada a través de la interfaz de electrónica de potencia, una corriente de falla en el alimentador de distribución, dicha corriente de falla que hace que el dispositivo de protección elimine la falla dentro de un segundo tiempo de eliminación de fallas después de la falla; y en el que la máquina de inducción tiene una primera potencia de salida PMI que está al menos aproximadamente en el mismo orden de magnitud que una segunda potencia de salida nominal de la primera fuente de energía; y la máquina de inducción está configurada para no proporcionar una cantidad sustancial de trabajo a ningún tipo de equipo o maquinaria externa, ni para recibir ninguna cantidad sustancial de trabajo por parte de cualquier tipo de equipo o maquinaria externa, es decir, con una cantidad de trabajo WMI proporcionado por o para la máquina de inducción siendo despreciable en comparación con la primera potencia nominal PMI, es decir 10 WMI < PMI, preferiblemente 100WMI < PMI, lo más preferiblemente 1000WMI < PMI.

Description

DESCRIPCIÓN

Mejora de la corriente de falla para recursos de energía con interfaz electrónica de potencia

Campo de la invención

La invención se refiere al campo de las redes de distribución de potencia eléctrica, en particular a la protección contra fallas de líneas de alimentación de distribución procedentes de recursos energéticos distribuidos interconectados de electrónica de potencia.

Antecedentes de la invención

Las redes de distribución de potencia operan a voltajes medios entre 1 kV y 72 kV y proporcionan energía eléctrica a una pluralidad de consumidores de energía eléctrica a lo largo de una línea de alimentación de distribución. La red de distribución está protegida por un sistema de protección con varios dispositivos de protección y está adaptada para desconectar partes de la red de distribución del resto de la red de distribución en caso de una falla. Si bien la red de distribución de potencia convencional es una red pasiva sin fuentes de energía locales y totalmente suministrada por una red de transmisión, el enfoque más reciente en energía renovable, incluidos los sistemas fotovoltaicos, los generadores de energía hidroeléctrica a pequeña escala, las turbinas eólicas y/o las turbinas de gas que utilizan biogás han visto recursos de energía distribuida (DER) de tamaño pequeño y mediano aparecer en la red de distribución. Con una gran cantidad de DER controlables y coordinados, una parte de la red de distribución puede desconectarse intencionadamente de la red de transmisión en casos de emergencia y continuar la operación en un modo aislado.

La mayor parte de la generación de energía eléctrica se realiza al convertir las fuentes de energía en energía cinética giratoria, y luego convertir esta última en energía eléctrica a través de un generador síncrono. Las fuentes de energía renovable, como la energía eólica y solar, incluyen una conversión final en energía eléctrica a través de una interfaz de Electrónica de Potencia (PE) que incluye convertidores o inversores basados en componentes semiconductores de electrónica de potencia. Además, los sistemas de almacenamiento de energía, como los sistemas de almacenamiento de energía con volante de inercia, batería, superconductor o supercondensador, también suelen utilizar una interfaz PE como método de conversión final.

En el caso de un cortocircuito en un sistema de potencia, se produce una gran cantidad de corriente de falla, que a su vez se utiliza para disparar dispositivos de protección como interruptores automáticos o relés de protección, y/o fundir fusibles de un solo uso al fundir un conductor de fusión en el interior del fusible. La capacidad de la corriente de falla y las características de la corriente de falla de una interfaz PE pueden ser muy diferentes de las de un generador síncrono, hasta el punto de que algunos dispositivos de protección utilizados en los sistemas de potencia no operarán como se espera. Por ejemplo, un fusible se fundirá en poco tiempo cuando esté sujeto a la corriente de falla proveniente de un generador síncrono, pero tomará demasiado tiempo para fundirse cuando la fuente de corriente de falla sea una interfaz PE. Además de aumentar, a expensas de costos y espacio adicionales, una clasificación o tamaño de un inversor de la interfaz PE, las soluciones convencionales para este problema incluyen los siguientes enfoques.

i) La configuración de los dispositivos de protección se cambia a valores más sensibles. Al usar esta solución, se requerirá una configuración diferente para la operación con solo las fuentes de energía interconectadas con PE y para la operación con un generador síncrono. Es posible que se requiera una tercera configuración para los múltiples generadores síncronos que se usan, ya que la corriente de falla será mayor. Sin embargo, es posible que se requiera una cuarta configuración para evitar viajes falsos cuando se realiza una recogida de carga fría o un arranque en negro.

ii) En el caso de que los fusibles se utilicen como dispositivos de protección, no están disponibles configuraciones adaptables, pero es posible que deba cambiarse la clasificación o el tipo de fusible para garantizar una operación satisfactoria cuando esté sujeto a una corriente de falla desde una interfaz PE. Un problema potencial con esta solución es que se requiere una selección cuidadosa del tamaño y tipo del fusible para asegurarse de que se mantiene la discriminación de la protección corriente abajo y para evitar que una falla corriente abajo funda el fusible en lugar de disparar un interruptor en las proximidades de la falla. Además, una clasificación y tipo de fusible adecuados para la corriente de falla de la interfaz PE pueden fundirse falsamente durante la recogida de carga en frío.

iii) Un compensador síncrono se opera en línea y proporciona una corriente de falla similar a un generador síncrono. Un compensador síncrono utiliza una máquina síncrona para proporcionar control de voltaje o corregir el factor de potencia en un sistema de potencia y tiene el efecto adicional de poder proporcionar una corriente de falla similar a un generador síncrono. Un inconveniente de este método es el costo y espacio adicionales y el costo de operación y pérdida del compensador síncrono.

iv) Un generador diésel se opera en línea con el propulsor primario desconectado del generador síncrono, junto con un volante de inercia u otra inercia agregada al generador síncrono, lo que da como resultado un denominad Sistema de Alimentación Ininterrumpida Diésel o D-SAI. Además de las capacidades de inercia y de SAI, el generador síncrono proporciona una corriente de falla adicional. Un inconveniente de este método es el costo de inversión adicional, el requerimiento de espacio, la pérdida operativa y el costo del generador convencional/diésel o D-SAI.

Los documentos WO2010/060903, WO2009/076640, US2012/302112 y CA2840769 describen cada uno dichas soluciones convencionales.

Una máquina de inducción (MI) es una máquina asíncrona que puede operar como motor de inducción, como generador de inducción, o ambos. La MI es un tipo de máquina eléctrica de corriente alterna (CA) que utiliza los principios de la inducción electromagnética para generar las corrientes de CA en los devanados del rotor. En consecuencia, en la operación del generador, un propulsor primario de una turbina o motor impulsa el rotor por encima de la velocidad síncrona con un deslizamiento negativo, mientras que en la operación del motor el eje proporciona un par a la carga y el rotor opera por debajo de la velocidad síncrona con un deslizamiento positivo.

Descripción de la invención

Por lo tanto, un objetivo de la invención es mejorar una corriente de falla para activar un dispositivo de protección, como un fusible, un interruptor automático o un relé de protección que proteja una línea de distribución de una red de distribución de potencia de una manera eficiente y económica. Este objetivo se logra mediante un sistema de distribución de potencia, un método para operar un sistema de distribución de potencia y el uso de una máquina de inducción de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Realizaciones preferidas son evidentes a partir de las reivindicaciones de patente dependientes.

Según la invención, una máquina de inducción (MI) está conectada en paralelo con una fuente de energía conectada a la línea de distribución a través de una interfaz de Electrónica de Potencia (PE). La máquina de inducción actuará o estará configurada para actuar como un motor, en particular como un motor asíncrono, durante la operación regular del sistema de distribución de potencia, es decir, en ausencia de cualquier falla, el sistema de distribución de potencia, es decir, durante una condición sin falla. La Máquina de Inducción está al menos esencialmente aislada mecánicamente, es decir, no proporciona una cantidad sustancial de trabajo a ningún tipo de equipo o maquinaria externa, ni ninguna cantidad sustancial de trabajo es suministrada a la Máquina de Inducción por ningún tipo de equipo o maquinaria externa. En particular, para una potencia de salida activa de la Máquina de Inducción P^mi, una cantidad de trabajo W^mi proporcionado por o para la Máquina de Inducción será, preferiblemente en todo momento, insignificante en comparación, es decir, W^mi<< P^mi, preferiblemente 1000W^mi< P^mi. De este modo, se puede obtener una característica de corriente de falla provista por la interfaz PE compuesta y la MI similar a la de un generador síncrono. Las corrientes de falla comparables permiten que se proporcione el mismo dispositivo de protección para proteger la línea de distribución, independientemente del tipo de interfaz utilizada para generar energía en la línea de distribución.

Específicamente, un sistema de distribución de potencia de media tensión con una tensión nominal entre 1 kV y 72 kV y con un alimentador de distribución está protegido por un dispositivo de protección como un fusible, un interruptor de circuito o un relé de protección contra fallas que se producen corriente abajo del dispositivo de protección. Una primera fuente de energía, como una fuente de energía renovable, en particular un sistema fotovoltaico, un generador de energía hidroeléctrica a pequeña escala, una turbina eólica y/o una turbina de gas que utiliza biogás, o un almacenamiento de energía, en particular un almacenamiento de energía que comprende un volante de inercia, una batería, un superconductor o un sistema de almacenamiento de energía de supercondensador, se conecta a través de una interfaz de Electrónica de Potencia (PE) que incluye un convertidor o un inversor, al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección y hace que se elimine el dispositivo de protección, o se funda, dentro de un primer tiempo de eliminación de falla extendido después de una falla corriente abajo. Los devanados de una máquina de inducción (MI) están conectados eléctricamente al alimentador corriente arriba del dispositivo de protección y en paralelo a la interfaz PE, y un rotor de la MI se gira preferiblemente, al menos esencialmente, sin intercambio de trabajo o energía mecánica a través de un eje del MI. Preferiblemente, no hay un propulsor primario o una carga conectada a la MI, y no se aplica un par al eje de la MI que no sean las fuerzas electromagnéticas entre las corrientes de devanado del estator y del rotor. La MI está adaptado, o dimensionado, para proporcionar, junto con la interfaz PE de la primera fuente de energía, una corriente de falla en el alimentador de distribución que hace que el dispositivo de protección se elimine en un segundo, un tiempo reducido de eliminación de fallas después de la falla corriente abajo. Preferiblemente, el segundo tiempo de eliminación de fallas es más corto que el primer tiempo de eliminación de fallas, siendo el segundo tiempo de eliminación de fallas preferiblemente significativamente más bajo que el primer tiempo de eliminación de fallas, en particular menos de la mitad del primer tiempo de eliminación de fallas.

El tamaño apropiado de la MI se logra seleccionando una MI que tenga una primera potencia de salida que sea al menos aproximadamente en el mismo orden de magnitud que una segunda potencia de salida de la primera fuente de energía. En particular, si una potencia de salida P¹de la primera fuente de energía y/o la interfaz de Electrónica de Potencia (PE) se da, la potencia de salida activa de la Máquina de Inducción Pmi, se elige preferentemente de acuerdo con P^{1 /10}<Pmi < 5 P1, más preferiblemente de acuerdo con P^{1 /5}< Pmi < 3 P¹, más preferiblemente de acuerdo con P^{1 /2}< Pmi< 2 P¹. Del mismo modo, si se proporciona una potencia de salida aparente |S¹1 de la primera fuente de energía y/o la interfaz de electrónica de potencia, la potencia de salida aparente de la Máquina de Inducción |Smi|, se elige preferentemente de acuerdo con |S¹1/10 < |Smi| < 5 |S¹|, más preferiblemente de acuerdo con |S¹1/5 < |Smi| < 3 |S¹|, más preferiblemente de acuerdo con |S¹1/2 < |Smi< 2 |S¹|.

De manera más general, si una o más de las primeras fuentes de energía, como se describió anteriormente, están presentes y/o pueden proporcionar energía al sistema de distribución de potencia, por lo que se da una potencia de salida total P¹, total correspondiente a una suma de las clasificaciones de potencia activa individual P¹de las una o más de las primeras fuentes de energía y/o sus interfaces de electrónica de potencia (PE), una o más máquinas de inducción pueden operarse en paralelo, con una potencia de salida activa total Pmi, total correspondiente a alguna potencia de salida individual P^mide las máquinas de inducción, se elige preferiblemente de acuerdo con P¹,total/10 < P^mi, total < 5 P¹, total, más preferiblemente según P¹, total/5 < P^mi, total <3 P¹, total, lo más preferiblemente según P¹,total/2 < Pmi, total <2 P¹, total. Del mismo modo, si se da una potencia de salida aparente total |S¹,total| de una o más de las primeras fuentes de energía y/o sus interfaces de electrónica de potencia, una potencia de salida aparente total de la máquina de inducción |Sim, total|, se elige preferentemente de acuerdo con S ¹, total|/10 < |Sim, total| < 5 |S¹, total|, más preferiblemente de acuerdo con |S1,total|/5 < |Sim, total| < 3 |S¹, total|, lo más preferiblemente de acuerdo con |S1,total|/2 < |SIM, total| < 2 |S1,total|.

En ausencia de una condición de falla, en particular durante la operación de estado estable, la MI o las MI actúan como un motor, extrayendo una pequeña cantidad de energía de la red para mantener la velocidad del rotor. En el caso de una falla como la descrita, una fracción de la energía cinética almacenada en las partes giratorias de la MI se convierte en energía eléctrica y se inyecta en la red en un tiempo relativamente corto, lo que resulta en una desaceleración del rotor. La energía cinética o inercia almacenada en el rotor y el campo magnético que rodea al rotor giratorio dan como resultado una corriente de falla, en particular una corriente de falla reactiva, inyectada en la red cuando ocurre una falla.

En variantes preferidas de la invención, una segunda fuente de energía está conectada a través de un generador síncrono al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección. El generador síncrono, la interfaz PE y la MI pueden conectarse al alimentador de distribución directamente, a través de transformadores dedicados o compartiendo un transformador conjunto, en donde la máquina de inducción está conectada preferiblemente al alimentador de distribución sin ninguna interfaz de electrónica de potencia, convertidor o inversor. La MI puede estar desconectada o inactiva cuando el generador síncrono está conectado al alimentador de distribución para proporcionar una corriente de falla suficiente para eliminar la falla. En esta variante, el tamaño apropiado de la MI puede lograrse alternativamente seleccionando una MI que tenga una primera potencia de salida que esté al menos aproximadamente en el mismo orden de magnitud que una tercera potencia de salida de la segunda fuente de energía. En particular, si se da una potencia de salida activa P²de la segunda fuente de energía y/o del generador síncrono, la potencia de salida activa de la máquina de inducción P^mise elige preferiblemente de acuerdo con P²/10 < P^mi< 5 P², más preferiblemente de acuerdo con P²/5 < P^mi< 3 P², lo más preferiblemente de acuerdo con P²/2 < P^im< 2 P². Del mismo modo, si se da una potencia de salida aparente |S²| de la segunda fuente de energía y/o del generador síncrono, la potencia de salida aparente de la máquina de inducción |S^mi|, se elige preferentemente de acuerdo con |S²|/10 < |S^mi| < 5 |S²|, más preferiblemente de acuerdo con |S2|/5 < |S^mi| < 3 |S²|, más preferiblemente de acuerdo con |S²|/2 < |S^mi| < 2 |S2|.

Breve descripción de los dibujos

El objeto de la invención se explicará con más detalle en el siguiente texto con referencia a las realizaciones de ejemplo preferidas que se ilustran en los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 representa un sistema de distribución de potencia con un alimentador de distribución protegido por un fusible;

La Figura 2 representa un uso concurrente de dos tipos de interfaces de fuentes de energía;

La Figura 3 representa un diagrama con características de corriente de falla simulada;

La Figura 4 representa un diagrama de una sola línea de un sistema de distribución de potencia utilizado con fines de simulación;

La Figura 5 representa una característica de un fusible de media tensión provisto como dispositivo de protección en simulaciones;

La Figura 6 muestra la corriente de falla y el estado de desconexión como funciones de tiempo para un primer escenario simulado;

La Figura 7 muestra la corriente de falla y el estado de desconexión como funciones de tiempo para un segundo escenario simulado; y

La Figura 8 muestra la corriente de falla y el estado de desconexión como funciones de tiempo para un tercer escenario simulado.

Descripción detallada de realizaciones preferidas

La figura 1 representa una línea de distribución de potencia o un alimentador 1 que se puede conectar a una transmisión o red de energía principal 2 a través de un interruptor de circuito principal 3. La energía eólica como una primera fuente de energía de ejemplo impulsa una turbina eólica 41 que a su vez está conectada mecánicamente a un generador 42. Este último está conectado eléctricamente a la línea de distribución a través de una interfaz de Electrónica de Potencia (PE) que incluye un inversor CA/CA43. Alternativamente, o en paralelo, una batería 52 como una segunda fuente de energía de ejemplo está conectada eléctricamente a la línea de distribución a través de un PE interfaz que incluye un convertidor Cc /Ca 53. En general, cualquier tipo de fuente de energía o Recurso de Energía Distribuido (DER) se puede conectar a la línea a través de una interfaz PE adecuada, específicamente, un almacenamiento de energía de volante de inercia puede reemplazar la turbina eólica o un panel fotovoltaico Puede reemplazar la batería. En un modo de isla o de microred con el interruptor de circuito principal abierto, un dispositivo de protección 6 como un fusible o un interruptor de circuito o un relé de protección protege la línea de distribución y/o las cargas 7 conectadas a la línea contra fallas 8 que se producen corriente abajo del dispositivo de protección, es decir, en un lado del dispositivo de protección opuesto a la interfaz PE. Una máquina de inducción (MI) 9 está conectada a la línea de distribución en paralelo con las interfaces PE y corriente arriba del dispositivo de protección. Los transformadores pueden estar presentes para transformar la tensión de salida del convertidor o inversor y/o la tensión de la MI a la tensión de red de la línea de distribución.

En el contexto de la presente invención, no hay un propulsor primario conectado a al MI, y no se aplica un par al eje de la MI que no sean las fuerzas electromagnéticas entre las corrientes de devanado del estator y del rotor. Durante la operación de estado estable, el eje simplemente gira por sí mismo, y la MI está extrayendo una pequeña cantidad de energía de la red para mantener la velocidad del rotor. En el caso de una falla, como se describe, una fracción de la energía cinética almacenada en las partes giratorias de la MI se convierte en energía eléctrica y se inyecta a la red en un tiempo relativamente corto, lo que resulta en una desaceleración del rotor. La energía cinética almacenada en el rotor y el campo magnético que rodea al rotor giratorio tienen como resultado la inyección de corriente de falla en la red cuando ocurre una falla. Se espera que la MI proporcione una corriente de falla máxima para el costo, pérdida y mantenimiento más bajos, se prefieren las MI de tipo de doble jaula o de barra profunda por este motivo.

La figura 2 representa una realización de la invención con dos tipos de interfaces de fuente de energía proporcionadas simultáneamente. Una interfaz 10 de generador síncrono representa una interfaz de máquina giratoria convencional para fuentes de energía. La interfaz del generador síncrono está conectada a la línea 1 de distribución a través de un transformador 11 de Triángulo-Estrella. La conexión de la red 2 de transmisión se muestra corriente arriba de la parte superior izquierda de la figura y las cargas se pueden conectar corriente abajo. Los dispositivos de protección mostrados son un fusible 6, en donde se puede usar alternativamente un relé de protección o un interruptor de circuito, y la falla 8 está corriente abajo del dispositivo de protección. Cuando el generador síncrono está en operación y se produce una falla descendente, la corriente de falla inicial es grande y el fusible se fundirá en un tiempo de eliminación de fusible corto de 329 ms.

Un segundo tipo de interfaz de fuente de energía incluye una interfaz 53 PE con una batería 52 como fuente de energía. La interfaz PE está conectada a la línea de distribución a través de un segundo transformador 12 Triángulo-Estrella. Cuando la interfaz PE está en operación exclusiva y ocurre una falla corriente abajo, la corriente de falla es constante, y el fusible se fundirá en un tiempo de eliminación de fusible más largo de 941 ms.

En la realización de la figura 2, la MI 9 está igualmente conectada a la línea de distribución a través de un tercer transformador 13 Triángulo-Estrella , y por lo tanto operada en paralelo con la interfaz PE. Por consiguiente, la MI se puede alojar con la interfaz PE, pero también puede estar ubicado en otro lugar dentro del espacio de generación de energía. En la realización de la figura 2, la interfaz del generador síncrono y la interfaz PE y la interfaz de MI se muestran con transformadores individuales, pero esto no es de ninguna manera obligatorio. Se puede preferir un transformador de bobinado múltiple común a los transformadores individuales, o se puede preferir alguna combinación de transformadores de bobinado múltiples y comunes por razones de costo. Cuando la interfaz PE y la MI están en línea y ocurre una falla descendente, la corriente de falla es la suma de la corriente de falla de MI y la corriente de falla de la interfaz PE. La MI tiene una gran corriente de falla muy similar a la característica de corriente de falla subtransitoria del generador síncrono. Sin embargo, esta corriente de falla se reduce a cero en un corto tiempo de aproximadamente 250 ms. Como se indicó anteriormente, la interfaz PE tiene una corriente de falla constante. La combinación de estas dos capacidades da como resultado la corriente de falla mostrada en la figura 3 con el resultado de que el fusible se funde en un tiempo de eliminación de fusibles de 411 ms; un tiempo mucho más corto que la interfaz PE por sí solo.

La figura 3 muestra un diagrama logarítmico con características de corriente de falla simulada para la realización de la figura 2 después de una falla corriente abajo en una línea de distribución de 22 kV, incluidos los tiempos de eliminación de fusibles para todos los componentes como se informó anteriormente. La línea continua representa un generador síncrono alimentado por diésel con un pico de corriente de falla que comienza en una corriente de 5 pu y se reduce a 1 pu en estado estable (en relación con la clasificación del generador). La línea discontinua larga representa el sistema de almacenamiento de energía con interfaz PE con una capacidad de corriente de falla constante de 2 pu (en relación con la clasificación de la interfaz PE). La línea de trazos y puntos representa la corriente de falla de MI, con una corriente de falla de pico de 7 pu (relativa a la corriente nominal de MI) que se reduce a prácticamente la corriente de cero en el estado estable. Finalmente, la línea de trazo corto (rota) representa la interfaz PE compuesta más la corriente de falla de MI, como lo indican los signos "más" e "igual". Esta línea compuesta está oculta detrás de la línea PE durante tiempos superiores a 0.25 segundos.

La invención se puede usar en otras aplicaciones donde se requiere un aumento en la corriente de falla inicial. Este puede ser el caso cuando solo se utiliza un número limitado de pequeños generadores síncronos, o cuando se usan juntos pequeños generadores síncronos e interfaces PE, como en los sistemas híbridos de generación de energía solar/diésel o eólica/diésel. La invención también podría usarse en combinación con interfaces de fuentes de energía que no están completamente basadas en PE, pero que tienen una baja capacidad de corriente de falla. Los ejemplos incluyen, pero no se limitan a, generadores de turbinas eólicas que usan generadores de inducción de doble alimentación, generadores de inducción de jaula de ardilla o interfaces de PE completas, generadores de mareas, olas, microgeneradores y otros.

Las ventajas de la solución presentada para mejorar la corriente de falla incluyen

- La MI es menos costosa que los módulos inversores adicionales o un inversor más grande;

- La pérdida operativa y el costo de mantenimiento operativo de la MI son bajos;

- La MI se puede apagar para reducir la pérdida y el mantenimiento si no es necesario, como cuando un generador síncrono también está en línea proporcionando una corriente de falla adicional;

- La MI es fácil de iniciar o encender, ya sea en línea directa o mediante un arrancador suave tipo tiristor o del tipo Estrella/Triángulo; en el que el propio equipo de arranque suave no debe reducir la corriente de falla o la desconexión cuando ocurre una falla.

Con el fin de verificar la utilidad práctica del método de acuerdo con la invención, se han llevado a cabo varias simulaciones basadas en la realización que se muestra en la Figura 2, en donde se asumió que el generador síncrono tiene una potencia de salida activa de P2 = 1.25MW y una potencia de salida aparente de |¿2| = 1.8MVA. La figura 4 muestra un diagrama de una sola línea más detallado del sistema de distribución de potencia utilizado en las simulaciones. Se proporciona un fusible de media tensión que tiene una característica, como se muestra en la Figura 5 para 22.0 kV, como dispositivo de protección 6.

Para el propósito de las simulaciones, se eligió una máquina de inducción con las siguientes características de ejemplo:

• Una potencia de salida activa de Pim = 1.25MW

• Una potencia de salida aparente de |Smi| = 1.8MVA

• Tipo: un par de polos, 2978 rpm, máquina de inducción de jaula doble (se encontró que el uso de un par de polos/2978 rpm da mucho mejor rendimiento en comparación con un par de polos de 2 polos/1489 rpm)

• La máquina de inducción debe ser más preferiblemente del tipo de jaula de ardilla

• Se encontró que una máquina de inducción de doble jaula permite un rendimiento mucho mejor en comparación con una máquina de inducción de una sola jaula

• Preferiblemente, la máquina de inducción se elige para tener una inductancia de fuga baja que aumenta la corriente de falla inicial. Esto es típico de los motores de inducción de jaula doble utilizados para un par de arranque alto

• Preferiblemente se utiliza una máquina de inducción con alta inercia; esto también aumenta la duración de la corriente de falla porque el motor no disminuye la velocidad durante la falla

• La máquina de inducción opera preferiblemente sin carga mecánica, a excepción del ventilador de enfriamiento montado en el eje, que forma una parte interna del motor.

Para el propósito de las simulaciones, se asumió además que la máquina de inducción está conectada a la línea de distribución a través de un transformador de tipo YNd, con neutro conectado a tierra para proporcionar la capacidad de proporcionar corriente de falla de secuencia cero. El transformador preferiblemente también tiene una potencia de salida activa de Ptrans = 1.25MW, y una potencia de salida aparente de |Strans| = 1.8MVA. Preferiblemente, se usa un transformador de baja fuga con una fuga de 1-10%, preferiblemente con una fuga de al menos aproximadamente 5.5% a 6.5%. Si se puede lograr una menor fuga, entonces también podría usarse ventajosamente un transformador más pequeño (por ejemplo, si se logra una fuga entre el 2% y el 4%, preferiblemente al menos aproximadamente el 3%, entonces se podría usar un transformador de 0.9MVA). Un tamaño mínimo del transformador es que tiene que ser lo suficientemente grande para manejar una corriente sin carga de la máquina de inducción.

En un primer escenario simulado, se supone que solo el generador síncrono proporciona potencia al sistema de distribución de potencia. La falla 8 que se produce corriente abajo del fusible de media tensión hará que este último se funda en 0.87 s. Los servicios públicos en un campo de microred, en particular para redes de islas, generalmente se adaptan a una desconexión máxima de 1s, por lo que esta respuesta es aceptable para los servicios públicos. La figura 6 muestra la corriente de falla (línea continua, eje vertical izquierdo) y el estado de desconexión (línea discontinua, eje vertical derecho) como una función del tiempo para este primer escenario simulado.

En un segundo escenario simulado, se supone que la potencia es proporcionada exclusivamente por un sistema de almacenamiento basado en batería que tiene una energía de salida activa de Pbat = 1.25MW y una potencia de salida aparente de |Sbat| = 1.8MVA, que comprende una batería 52 que proporciona energía al sistema de distribución de potencia a través de la interfaz PE 53, que a su vez tiene una capacidad de corriente de 95A a 22.0kV. La figura 7 muestra la corriente de falla (línea continua, eje vertical izquierdo) y el estado de desconexión (línea discontinua, eje vertical derecho) en función del tiempo para este segundo escenario simulado. Como se puede observar, la corriente de falla es constante y el tiempo de desconexión es de 1.32 segundos, lo cual es inaceptable para las empresas de servicios públicos.

En un tercer escenario simulado, se supone que la máquina de inducción 9 se opera en paralelo con la batería 52 para mejorar la capacidad de la corriente de falla. La figura 8 muestra la corriente de falla (línea continua, eje vertical izquierdo) y el estado de desconexión (línea discontinua, eje vertical derecho) como una función del tiempo para este segundo escenario simulado. Como puede verse, la máquina de inducción suministra una mayor corriente de falla al inicio de la falla y hace que el fusible se funda en 0.85 segundos. Este tiempo de desconexión es similar a los resultados del generador síncrono solo y está dentro del requisito de las instalaciones.

Si bien la invención se ha descrito en detalle en los dibujos y la descripción anterior, dicha descripción debe considerarse ilustrativa o de ejemplo y no restrictiva. Los expertos en la materia y en la práctica de la invención reivindicada pueden comprender y realizar variaciones a las realizaciones descritas, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la palabra "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un/uno/una" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que ciertos elementos o etapas se enumeren en reivindicaciones distintas no indica que una combinación de estos elementos o etapas no se pueda usar para obtener ventajas, específicamente, además de la dependencia de reivindicaciones real, cualquier combinación de reivindicaciones significativa adicional se considerará descrita.

A menos que se indique lo contrario, se asumirá a lo largo de todo este documento que una declaración a “ b implica que | a-b |/(| a | | b |) <10-1, preferiblemente | a-b |/(| a | | b |) <10-2, en donde a y b pueden representar variables arbitrarias como se describen y/o se definen en cualquier parte de este documento, o como de otro modo lo conoce un experto en la materia. Además, una declaración de que a es al menos aproximadamente igual o al menos aproximadamente idéntica a b implica que a “ b, preferiblemente a = b. Además, a menos que se indique lo contrario, se asumirá a lo largo de todo este documento que una declaración a >> b implica que a> 10b, preferiblemente a> 100b; y una declaración a << b implica que 10a <b, preferiblemente 100a <b.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de distribución de potencia con un alimentador (1) de distribución protegido por un dispositivo (6) de protección contra una falla (8) que se produce corriente abajo del dispositivo de protección, y con una primera fuente de energía conectada a través de una interfaz de electrónica de potencia que comprende un convertidor o un inversor (43, 53) al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección y haciendo que el dispositivo de protección elimine la falla dentro de un primer tiempo de eliminación de fallas,

caracterizado por que el sistema de energía comprende una máquina (9) de inducción conectada al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección, y adaptada para causar, en particular junto con la primera fuente de energía conectada a través de la interfaz de electrónica de potencia, una corriente de falla en el alimentador de distribución, dicha corriente de falla que hace que el dispositivo de protección elimine la falla dentro de un segundo tiempo de eliminación de fallas después de la falla; y en el que la máquina de inducción tiene una primera potencia de salida Pmi que está al menos aproximadamente en el mismo orden de magnitud que una segunda potencia de salida nominal de la primera fuente de energía; y la máquina de inducción está configurada para no proporcionar una cantidad sustancial de trabajo a ningún tipo de equipo o maquinaria externa, ni para recibir ninguna cantidad sustancial de trabajo por parte de cualquier tipo de equipo o maquinaria externa, es decir, con una cantidad de trabajo Wmi proporcionado por o para la máquina de inducción siendo despreciable en comparación con la primera potencia nominal Pmi, es decir 10 Wmi < Pmi, preferiblemente 100Wmi < Pmi, lo más preferiblemente 1000Wmi < Pmi.

2. El sistema de distribución de potencia de la reivindicación 1, en donde la máquina de inducción está configurada para operar como un motor durante la operación regular del sistema de distribución de potencia.

3. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la máquina de inducción está configurada para operar como un motor en ausencia de una falla.

4. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo tiempo de eliminación de fallos es inferior al primer tiempo de eliminación de fallos, en particular menos de la mitad del primer tiempo de eliminación de fallos.

5. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la máquina de inducción opera sin carga mecánica, con la excepción de un ventilador de enfriamiento montado en el eje.

6. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la máquina de inducción no está configurada para proporcionar ni recibir trabajo hacia o desde cualquier tipo de equipo o maquinaria externa.

7. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la interfaz de la electrónica de potencia está conectada al alimentador de distribución a través de un transformador (12).

8. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la máquina de inducción está conectada al alimentador de distribución directamente.

9. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la máquina de inducción está conectada al alimentador de distribución a través de un transformador, en particular un transformador (13) Triángulo-Estrella.

10. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la máquina de inducción está conectada al alimentador de distribución sin ninguna interfaz de electrónica de potencia, convertidor o inversor.

11. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera fuente de energía incluye una turbina (41) eólica y en el que la interfaz de la electrónica de potencia al alimentador de distribución incluye un generador de inducción de doble alimentación.

12. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde una clasificación de energía activa de la primera fuente de energía y/o la interfaz de electrónica de potencia viene dada por Pi, y una potencia de salida activa Pmi de la máquina de inducción está dada por P-i/10 < Pmi < 5 Pi , preferiblemente por P-i/5 < Pmi< 3 Pi , y lo más preferiblemente por P-i/2 < Pmi < 2 P-.

13. El sistema de distribución de potencia de una de las reivindicaciones anteriores, en donde una potencia de salida nominal aparente de la primera fuente de energía y/o la interfaz de electrónica de potencia viene dada por |Si|, y una potencia de salida aparente |Smi| de la máquina de inducción está dada por a |S i|/l0 < |Smi| < 5 |Si|, preferiblemente por |Si|/5 < |Smi| < 3 |Si|, y lo más preferiblemente por |Si|/2 < |Smi| < 2 |Si|.

14. Un método para operar un sistema de distribución de potencia con un alimentador (1) de distribución protegido por un dispositivo (6) de protección contra una falla (8) que se produce corriente abajo del dispositivo de protección, y con una primera fuente (41, 52) de energía conectada a través de un Interfaz de electrónica de potencia que comprende convertidores o inversores (43, 53) al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección, que comprende:

- conectar una máquina (9) de inducción al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección, teniendo dicha máquina de inducción una primera potencia de salida nominal Pmi que está al menos aproximadamente en el mismo orden de magnitud que una segunda potencia de salida nominal de la primera fuente de energía;

- configurar la máquina de inducción para que no proporcione una cantidad sustancial de trabajo a ningún tipo de equipo o maquinaria externa, ni reciba ninguna una cantidad sustancial de trabajo por parte de ningún tipo de equipo o maquinaria externa, es decir, con una cantidad de trabajo Wmi proporcionado por o para la máquina de inducción siendo despreciable en comparación con la primera potencia de salida nominal Pmi, es decir 10Wmi < Pmi, preferiblemente 100W mi < Pmi, lo más preferiblemente 1000Wmi < Pmi;

- rotar, durante la operación regular del sistema de distribución de potencia, un rotor de la máquina de inducción;

- proporcionar, después de la falla, una corriente de falla por parte de la máquina de inducción para eliminar la falla.

15. El método de la reivindicación anterior, que comprende además proporcionar, después de la falla y conjuntamente por la primera fuente de energía conectada a través de la interfaz de electrónica de potencia y la máquina de inducción, una corriente de falla compuesta para eliminar la falla.

16. El método de una de las reivindicaciones 14 a 15, en donde la interfaz de la electrónica de potencia comprende un inversor o un convertidor.

17. El método de una de las reivindicaciones 14 a 16, en donde una segunda fuente de energía se puede conectar a través de un generador (10) síncrono al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección, que comprende

- desconectar la máquina de inducción cuando el generador síncrono está conectado al alimentador de distribución para proporcionar una corriente de falla para eliminar la falla.

18. Uso de una máquina de inducción conectada a un alimentador (1) de distribución de un sistema de distribución de potencia con un alimentador (1) de distribución protegido por un dispositivo (6) de protección contra una falla (8) que se produce corriente abajo del dispositivo de protección, y con una primera fuente de energía conectada a través de una interfaz de electrónica de potencia que comprende convertidores o inversores (43, 53) al alimentador de distribución corriente arriba del dispositivo de protección para acortar el tiempo de eliminación requerido por el dispositivo de protección para eliminar la falla; dicha máquina de inducción tiene una primera potencia de salida nominal Pmi que está al menos aproximadamente en el mismo orden de magnitud que una segunda potencia de salida nominal de la primera fuente de energía, y que está configurado para no proporcionar una cantidad sustancial de trabajo a ningún tipo de equipo externo o maquinaria, ni para recibir ninguna cantidad sustancial de trabajo por cualquier tipo de equipo externo o maquinaria, es decir, con una cantidad de trabajo Wmi proporcionado poro para la máquina de inducción siendo despreciable en comparación con la primera potencia de salida nominal Pmi, es decir 10Wmi < Pmi, preferiblemente 100Wmi < Pmi, lo más preferiblemente 1000Wmi < Pmi.

19. Uso de una máquina de inducción según la reivindicación 18, en donde la máquina de inducción está configurada para operar como un motor durante la operación regular del sistema de distribución de potencia.