ES2857573T3 - Transmisión de energía eléctrica - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de control de carga (18) para uso en una red de transmisión de energía eléctrica (10) donde la red de transmisión de energía eléctrica (10) comprende: una pluralidad de instalaciones de abonado (13) para recibir energía eléctrica, cada uno de los cuales incluye una pluralidad de dispositivos de usuario (14) en un circuito de suministro de energía (15), al menos algunos de los cuales provocan variaciones del factor de potencia cuando se opera; líneas de transmisión (12) que suministran energía eléctrica con cada una de las instalaciones de abonado (13) que tienen una acometida (16) desde una de las líneas de transmisión (12) a una entrada de suministro de energía (17); estando dispuesto el dispositivo de control de carga (18) para la conexión a una respectiva de las entradas de suministro de energía (17) para controlar la energía suministrada desde la respectiva entrada de suministro de energía (17) a los dispositivos de usuario (14) en el respectivo circuito de suministro de energía (15); comprendiendo el dispositivo de control de carga (18): un sistema de detección (19) para detectar variaciones en el factor de potencia provocadas por los dispositivos de usuario (14); un sistema de corrección de potencia (20) para aplicar componentes de compensación reactiva, en donde los componentes de compensación reactiva comprenden una carga capacitiva, a la potencia suministrada por la acometida (16) a las instalaciones de abonado (13); y un sistema de control (21) para controlar el sistema de corrección de potencia (20) en respuesta a variaciones detectadas; caracterizado por que el sistema de detección comprende un primer contador (22) configurado para generar datos en la acometida (16) y un segundo contador (23) configurado para generar datos aguas abajo del sistema de corrección de potencia (20), donde ambos contadores primero y segundo (22, 23) se configuran para generar datos sobre los mismos parámetros obtenidos del circuito de suministro de energía (15) y donde los contadores primer y segundo se configuran para generar datos relacionados con la raíz cuadrática media verdadera estándar, RMS, valores de tensión, corriente y potencia real y en donde el sistema de control (21) se dispone para comparar los datos del segundo contador (23) con los datos del primer contador (22) para determinar un nivel de mejora en el factor de potencia obtenido por el sistema de corrección de potencia (20).

Description

DESCRIPCIÓN
Transmisión de energía eléctrica
Esta invención se refiere a una red de transmisión de energía eléctrica diseñada para compensar el factor de potencia que surge debido a cargas reactivas en la red y a un dispositivo de control de carga para ser utilizado en las instalaciones de abonado en la red.
Los problemas más desafiantes a los que se enfrentan los sistemas de energía en la actualidad son: control del factor de potencia, desequilibrio de carga de transformador y cargas no lineales, que se suman al desequilibrio de transformador e inyectan corrientes armónicas disruptivas en el sistema. Todos estos problemas erosionan la eficiencia y la estabilidad del sistema de energía, en algunos casos más del 40% de la energía se pierde en la ruta hacia el cliente.
La compensación del sistema de energía se realiza actualmente de arriba abajo, y en las subestaciones de distribución se instalan equipos de corrección de alta tensión y alta potencia. Esto puede incluir bancos de condensadores estáticos o conmutados y/o reactores conmutados para corrección de tensión o factor de potencia, controladores de flujo de energía universales para equilibrar cargas y controlar tensiones de bus. Estos dispositivos pueden abordar algunos de los desafíos, pero los costes son significativos y las soluciones no son óptimas. Requieren una gran inversión en ingeniería, equipos personalizados, infraestructura para montar equipos, tienen una baja tolerancia a fallos y requieren mantenimiento.
El documento US 8.330.293 B2 describe un sistema de carga que se puede conectar a una red eléctrica que tiene un dispositivo de monitorización que monitoriza la energía entregada a una pluralidad de cargas y determina un factor de potencia y un valor de corrección de factor de potencia asociado con las cargas. El valor de corrección de factor de potencia indica la diferencia entre el factor de potencia y la unidad. El sistema de carga incluye un dispositivo eléctrico, un cargador en comunicación con el dispositivo eléctrico, un controlador de carga, un circuito de corrección de factor de potencia, un dispositivo de comunicación y un controlador. El dispositivo de comunicación del cargador recibe una señal de datos del dispositivo de monitorización indicativa del valor de corrección de factor de potencia asociado con la pluralidad de cargas. El circuito de corrección de factor de potencia comunica mediante una red de datos una corriente de entrada hacia y desde la red eléctrica, que ajusta el factor de potencia de las cargas asociadas a aproximadamente la unidad.
Según la presente invención, se proporciona un dispositivo de control de carga para su uso en una red de transmisión de energía eléctrica donde la red comprende:
una pluralidad de instalaciones de abonado para recibir energía eléctrica, cada una de las cuales incluye una pluralidad de dispositivos de usuario en un circuito de suministro de energía, al menos algunos de los cuales provocan variaciones de factor de potencia cuando se operan;
líneas de transmisión que suministran energía eléctrica, teniendo cada una de las instalaciones de abonado una acometida desde una de las líneas de transmisión a una entrada de suministro de energía;
estando dispuesto el dispositivo de control de carga para la conexión a una respectiva de las entradas de suministro de energía para controlar la energía suministrada desde la entrada de suministro de energía respectiva a los dispositivos de usuario en el circuito de suministro de energía respectivo;
el dispositivo de control de carga comprende:
un sistema de detección para detectar variaciones en el factor de potencia provocadas por los dispositivos de usuario;
un sistema de corrección de potencia para aplicar componentes de compensación reactiva, en donde los componentes comprenden una carga capacitiva, a la potencia suministrada por la acometida a las instalaciones de abonado;
y un sistema de control para controlar el sistema de corrección de potencia en respuesta a variaciones detectadas;
caracterizado por que el sistema de detección comprende un primer contador que genera datos en la acometida y un segundo contador que genera datos aguas abajo del sistema de corrección de potencia, donde ambos contadores primero y segundo generan datos sobre los mismos parámetros obtenidos del circuito de suministro de energía y donde los contadores primero y segundo generan datos relacionados con los valores RMS verdaderos estándar de tensión, corriente y potencia real
y en donde el sistema de control se dispone para comparar los datos del segundo contador con los datos del primer contador para determinar un nivel de mejora en el factor de potencia obtenido por el sistema de corrección de potencia.
El factor de potencia se puede mejorar, siempre que sea posible, al factor de potencia unitario máximo, de modo que en el sistema solo fluya potencia real. Sin embargo, en algunos casos es necesario aplicar una carga que proporcione una mejora sin llegar a la situación teóricamente óptima. O el sistema está en compensación máxima o el sistema se configura para mejorar desequilibrio de transformador.
El desequilibrio de transformador es el resultado de una carga asimétrica de cada fase de un sistema trifásico típico. Al compensar la carga capacitiva de cada fase de forma independiente, se pueden realizar mejoras en el desequilibrio de transformador. Si bien se obtendrá una solución menos que óptima tanto para el factor de potencia como para el desequilibrio de carga utilizando solo la compensación de condensador, la eficiencia operativa general puede ser la mejor solución con los recursos disponibles. La presente invención en su forma más simple es compensación capacitiva pasiva para una sola fase. Se puede hacer más control del desequilibrio de carga con la adición de componentes de compensación reactiva y la implementación multifásica del control, donde los desequilibrios de corriente se pueden redireccionar dentro del control para equilibrar las corrientes de fase. Estas mejoras tienen un precio en complejidad y costes. La adición de generación distribuida solar/eólica puede ayudar en los problemas de desequilibrio al suministrar esta energía a fases muy cargadas.
En algunos casos, el sistema se puede utilizar para corregir la forma de onda del suministro de energía para eliminar las distorsiones provocadas por el ruido, mejorando la calidad de energía. Dicho ruido puede surgir de muchos dispositivos de usuario diferentes que no proporcionan un uso de energía lineal. Para corregir el ruido y así equilibrar mejor la forma de onda del suministro de energía, el sistema de detección genera datos relacionados con los espectros FFT de la forma de onda del suministro de energía. A continuación, el sistema de control utiliza los datos del análisis FFT para proporcionar una señal de corrección a una tasa significativamente mayor que la frecuencia de la forma de onda del suministro de energía. Ese es el sistema de detección que se puede utilizar a partir de este análisis para generar datos relacionados con la distorsión armónica total (THD).
Una forma de onda de corriente de referencia está en fase con la onda de tensión y es sinusoidal. La señal de error se genera a partir de los resultados de los espectros FFT de la corriente de carga. Los componentes de frecuencia de corriente fundamentales se eliminan ya que no es necesaria ninguna compensación. Todos los demás componentes de frecuencia reducen la calidad de la energía y constituyen la señal de error. La señal de referencia menos la señal de error proporciona pulsos de corrección a un control de factor de potencia activa (APFC). El APFC da forma a la corriente entrante en ondas sinusoidales eliminando el ruido de la energía y mejorando la calidad de la energía.
El APFC produce una corriente continua para cargar un condensador local a una tensión alta. Esta energía se puede volver a invertir en el sistema mediante un inversor de potencia, se puede purgar o puede ser otra fuente de energía para los sistemas locales de generación solar/eólica. Cabe mencionar que este sistema no hace nada por la calidad de la energía dentro de las instalaciones. La calidad de la energía se mejora según se ve desde el lado del sistema y limita el ruido que afecta a las instalaciones cercanas. La presente invención se puede utilizar para reducir el ruido de cargas problemáticas dentro de instalaciones, tales como accionamientos de velocidad variable en entornos industriales. Donde se instala el control para monitorizar y compensar una carga específica o grupo de cargas.
El sistema de detección comprende un primer contador que genera datos en la acometida y un segundo contador que genera datos aguas abajo del sistema de corrección de potencia. Ambos contadores proporcionan los mismos parámetros obtenidos del suministro de energía para que se puedan comparar los datos. El sistema de control se utiliza para comparar los datos de salida del segundo contador con los datos de salida del primer contador para determinar un nivel de mejora en el factor de potencia obtenido por el sistema de corrección de potencia. Esta comparación proporciona una función de autocontabilidad donde se puede monitorizar el nivel de mejora continua en el factor de potencia. Este valor se puede usar si es necesario en un cálculo de un reembolso al cliente por esa mejora y se puede usar para monitorizar un conjunto de instalaciones en una línea de transmisión en particular dónde y cómo se están realizando las mejoras a nivel de las instalaciones que se pueden comparar con mejoras detectadas a nivel macro en el transformador correspondiente. Es decir, el dispositivo de control de carga se dispone para comunicarse utilizando los datos de sistema de comunicación relacionados con la mejora del sistema de control de red. Además, el dispositivo de control de carga se puede disponer para comunicar datos relacionados con la potencia real al sistema de control de red. Esto proporciona datos al sistema de gestión de red del funcionamiento del sistema y las instalaciones, lo que permite un mejor control de la red en el extremo de suministro.
Normalmente, el sistema de corrección de potencia comprende bancos de condensadores estáticos o conmutados. Estos bancos pueden activarse y desactivarse según lo requiera el sistema de control para proporcionar un valor de carga capacitiva para gestionar el factor de potencia. Por ejemplo, se puede emplear un sistema binario utilizando un número n de condensadores, cada uno el doble del valor del anterior, para proporcionar hasta 2 A n valores diferentes para una gestión cercana de la carga capacitiva. Se puede lograr un control más fino del factor de potencia con un reactor conmutado en paralelo con el banco de condensadores. Ajustando el ángulo de disparo en el reactor, se puede lograr una resolución infinita de corriente desde su clasificación de corriente máxima a cero. Esto permite al sistema rastrear el factor de potencia con mucha precisión.
Además del control de la carga capacitiva, también es posible en algunos casos proporcionar en el sistema de corrección de potencia un Control de Factor de Potencia Activa (APFC). Esta es una disposición conocida que se puede conmutar a alta velocidad para filtrar el ruido y la distorsión armónica total detectada por el análisis FFT. El conmutador, que se puede operar a una velocidad alta de varias veces por ciclo, conecta dentro y fuera del circuito un inductor que, por lo tanto, cambia el consumo de corriente de entrada para suavizar los efectos generados por el ruido de los dispositivos de usuario. Por tanto, el conmutador se acciona en respuesta a la señal de error derivada del análisis FFT de la forma de onda del suministro de energía para la corrección de corriente. Este sistema extrae energía del sistema que se puede purgar con un resistor, ser otra fuente de energía para la generación solar/eólica local o ser la fuente de un inversor de potencia local. Idealmente, esto debería acoplarse con un generador solar/eólico local, ya que estos sistemas ya tienen un inversor de potencia integrado que ahorra costes de instalación. El desperdicio de esta energía a través de un resistor de purga solo es conveniente si las pérdidas son mínimas y no justifica los costes adicionales de un inversor de potencia.
Además, el dispositivo de control de carga puede incluir un sistema para desconectar del circuito de suministro de energía dentro de las instalaciones de usuario ciertos dispositivos de usuario para la desconexión de carga. Normalmente, esto se lleva a cabo mediante un conmutador en uno o más de los cables de acometida del circuito para desconectar elementos de alta carga, como los sistemas de calefacción y refrigeración.
El sistema de control también se puede programar para cambiar la respuesta a las variaciones detectadas por el sistema de detección. Es decir, el sistema de control puede usar inteligencia adaptativa para cambiar la salida que controla el sistema de corrección de potencia en respuesta a variaciones detectadas dependiendo de diferentes circunstancias. Tal cambio de la salida podría usar la hora del día o la tensión de entrada o el factor de potencia como parámetros en la programación. El sistema opera para mantener un factor de potencia o tensión en un punto o una combinación ponderada de varios parámetros para cumplir una condición requerida.
Además, el sistema de control se puede programar mediante los datos recibidos por el sistema de comunicación desde el sistema de control de red. Es decir, el sistema de control de red puede comunicar a los sistemas de control individuales de los dispositivos de control de carga instrucciones que dependen del estado de la red detectado en el centro distribuidor de la red. Esta instrucción puede ser para controlar los componentes, particularmente el sistema de corrección de potencia, de una manera diferente a la que usaría el sistema en ausencia de información del control de red. Por lo tanto, las tensiones y la desconexión de carga se pueden controlar de forma centralizada mediante instrucciones desde la red. De esta manera, se puede configurar un sistema de comunicación interactivo donde el sistema de comunicación opere bidireccionalmente para suministrar información al sistema de control de red y recibir instrucciones obtenidas de la red como resultado de esa información o de otros datos obtenidos convencionalmente de la red.
Normalmente, el protocolo de comunicación no se configura para requerir una comunicación de alta velocidad de instrucciones complejas en tiempo real a la multitud de instalaciones de abonado, sino que el sistema normalmente será adaptable para generar programación a lo largo del tiempo que cambia en respuesta a los datos detectados. Por lo tanto, el control de red central puede comunicar programas a los dispositivos de control de carga a lo largo del tiempo que se implementan en tiempo real dependiendo de los datos detectados localmente. Sin embargo, se pueden utilizar técnicas de comunicación de alta velocidad para gestionar el sistema en tiempo real. El sistema de comunicación se puede configurar para proporcionar un pulso de sincronización periódicamente a los controles en el campo. Esto permite que el sistema tome una instantánea global de las medidas en todo el sistema, lo que permite un mejor seguimiento de la energía y el acceso a la estabilidad del sistema.
Como es bien sabido, la tensión en la línea de transmisión puede variar dependiendo de la distancia desde el centro distribuidor y también se sabe que la tensión puede ser gestionada por cargas reactivas particularmente cargas capacitivas aplicadas a la línea de transmisión en diversas posiciones a lo largo de la línea. Usando este conocimiento, el sistema de control en todas o algunas de las instalaciones individuales se puede operar para cambiar la tensión en la acometida respectiva en respuesta a los datos proporcionados o comunicados por el sistema de control de red. Ese es el sistema de control local que se puede utilizar para añadir carga capacitiva o para desconectar cargas en respuesta a datos del sistema de control de red. De esta manera, la inestabilidad en la red puede ser detectada temprano por los datos de los dispositivos de control de carga local y puede ser gestionada mejor operando los dispositivos de control de carga local para tomar medidas para mejorar los problemas de estabilidad. Por ejemplo, un perfil de tensión a lo largo de la línea de transmisión se puede gestionar de esta manera. El sistema de control de red puede disponer los sistemas de control de instalaciones individuales para que reaccionen a los eventos de sistema a fin de mantener la estabilidad. Al igual que el control de crucero establece la tensión y enciende o apaga las cargas para mantener constante la medida de tensión. Este método tiene el efecto neto de nivelar la graduación de tensión a lo largo de una línea de transmisión de modo que se reduce la caída de tensión general a través de una línea.
Los sistemas de energía están comenzando a emplear transformadores de tensión variable para gestionar el uso general de energía de los sistemas durante los períodos pico. Al reducir la tensión del sistema, las cargas consumen menos corriente, lo que significa que se entrega menos energía total aprovechando al máximo los recursos disponibles. Las eficiencias de los transformadores de tensión variable aumentan por la capacidad de la disposición de este documento para minimizar la caída total de una línea de distribución, permitiendo así mayores caídas de tensión mientras se mantienen las tolerancias de tensión nominal dentro de cada una de las instalaciones.
La red en el presente documento también se puede utilizar para controlar un sistema de suministro de energía, tal como energía solar almacenada en bancos de baterías, en las instalaciones de abonado para añadir energía a la energía en las instalaciones. Es decir, el sistema de control se puede disponer para controlar los bancos de condensadores, cualquier desconexión de carga y cualquier potencia añadida por el sistema de suministro de energía en respuesta a las variaciones detectadas. Las variaciones locales se pueden utilizar junto con los datos comunicados desde el sistema de control de red para controlar estos componentes y gestionar mejor la red.
Según un ejemplo, se proporciona un dispositivo de control de carga para su uso en instalaciones de abonado individuales de una red de transmisión de energía eléctrica que comprende una pluralidad de instalaciones de abonado para recibir energía eléctrica, cada una de los cuales incluye una pluralidad de dispositivos de usuario en un circuito de suministro de energía, al menos algunas de los cuales provocan variaciones en el factor de potencia cuando se opera; líneas de transmisión que suministran energía eléctrica; y un sistema de control de red para controlar el suministro de energía en las líneas de transmisión donde cada una de las instalaciones de abonado tiene una acometida desde una de las líneas de transmisión a una entrada de suministro de energía;
estando dispuesto el dispositivo de control de carga para la conexión a una respectiva de las entradas de suministro de energía para controlar la potencia suministrada desde la entrada del suministro de energía a los dispositivos de usuario en el circuito de suministro de energía, comprendiendo el dispositivo de control de carga:
un sistema de detección para detectar variaciones en el factor de potencia provocadas por los dispositivos de usuario;
un sistema de corrección de potencia para aplicar una carga capacitiva a la potencia suministrada por la acometida a las instalaciones de abonado;
un sistema de control para controlar el sistema de corrección de potencia en respuesta a variaciones detectadas;
y un sistema de comunicación para comunicarse entre el dispositivo de control de carga y el sistema de control de red.
El dispositivo de control de carga puede disponerse para proporcionar una o más de las características de la red indicadas anteriormente.
Por lo tanto, la disposición que se describe en este documento utiliza un enfoque de abajo arriba para la compensación y monitorización del sistema de energía. En lugar de una instalación grande, se distribuyen muchos miles de unidades pequeñas en un sistema, idealmente en servicios o cargas de energía individuales. La compensación del punto de carga (PLC) es la colocación óptima para minimizar las pérdidas y maximizar la estabilidad del sistema. Varios factores de diseño contribuyen a reducir drásticamente los costes en comparación con las soluciones de arriba abajo.
El diseño de equipos de compensación para el lado de baja tensión reduce los costes de componentes, aumenta la fiabilidad y la disponibilidad de los componentes. Los costes de instalación son mínimos si se utilizan modelos bien establecidos de la industria de las telecomunicaciones.
Las distancias típicas desde la subestación a la carga son de muchos kilómetros y la compensación de arriba abajo tiene un efecto limitado en estas líneas de transmisión. La instalación de la compensación más cerca de las cargas y una resolución de compensación más fina reduce las pérdidas aún más y aumenta la estabilidad y la flexibilidad del sistema.
El despliegue de estos dispositivos en el punto de carga da lugar a una red de comunicación natural, las tensiones, las corrientes y los fasores del sistema de potencia. Se proporciona una red de comunicación global para el control y la sincronización generales del sistema. Pero en ausencia de comunicación global, las unidades individuales operan como un tipo de control reflexivo, monitorizando los valores de línea del sistema de energía y reaccionando a los cambios con las mejores prácticas operativas. Al proporcionar una respuesta mucho más rápida a las perturbaciones que un sistema tradicional, aumenta tanto la estabilidad como la disponibilidad del sistema. Esta red de monitores y compensadores de potencia ofrece una visión única del funcionamiento de cada instalación. Con esta información, los algoritmos de autoorganización y aprendizaje extraen las mejores prácticas operativas para cada sistema individual. Esta información puede ayudar en casi todos los aspectos de la gestión del sistema de energía, incluido el robo de energía. Las tendencias actuales están avanzando hacia un modelo de generación distribuida con la llegada de la generación solar y eólica a pequeña escala. El modelo de generación distribuida presenta muchos desafíos para los sistemas actuales de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA), basados en una ideología de control centralizado. La presente unidad puede integrar fácilmente el modelo de generación distribuida en el sistema y utilizarlos como elementos activos en la generación de energía, el control del sistema y la compensación.
La presente invención incluye dos puntos de medición: uno en el lado del sistema y otro en el lado de la carga. Los módulos de compensación de potencia se instalan entre estos dos puntos de medición. Este esquema único permite medir y cuantificar los efectos de la compensación, y constituye la base para la contabilidad del contrato de prestaciones. Las salidas del contador del lado de la carga (y/o del lado del sistema) pueden ser utilizadas como retroalimentación por los módulos de compensación activos. Esto permite que los módulos anulen o reduzcan el ruido generado por cargas problemáticas SMPS, CFL, iluminación LED y no lineales similares. Las salidas del contador del lado del sistema muestran los resultados de tales esfuerzos. Cada punto de medición es capaz de medir los valores RMS verdaderos estándar de tensión, corriente, potencia real, así como determinar con precisión el factor de potencia, los espectros de FFT, la distorsión armónica total (THD) y muchos más. Estos contadores se pueden actualizar en el campo y están bajo control de software para que puedan ser programados, ajustados o enfocados en aspectos importantes de los datos para ayudar en las tareas de control o monitorización.
La estructura del contador dual permite la compensación de cargas y condiciones visibles evitando cualquier oportunidad de compensación excesiva. Y de ahí cualquier posibilidad de inestabilidad creada por las acciones de compensación del dispositivo. El dispositivo es inherentemente estable por diseño y solo puede proporcionar compensación o acciones que mejorarán la estabilidad del sistema. Todo esto se hace sin la necesidad de comunicación con ningún otro dispositivo, control de red eléctrica, etc. Esto tiene un efecto profundo en la seguridad de la red. Donde la interrupción de la red de energía al ordenar (potencialmente millones de) estos dispositivos para dañar el sistema es imposible.
El uso de un inversor de corriente como elemento de compensación mejora drásticamente la flexibilidad y la estabilidad de la presente invención. Un inversor de corriente mide la corriente inyectada y la tensión del sistema como retroalimentación para controlar la cantidad de corriente inyectada y la posición de esta corriente con respecto a la tensión del sistema. Con el inversor de corriente o el compensador universal, cualquier elemento pasivo o combinación de (condensador, resistor, inductor y resistor negativo) se puede implementar con software utilizando esta estructura. El control de retroalimentación de inyección de corriente evita cualquier interacción resonante con los componentes externos del sistema, destacando su característica estable inherente. Las estructuras se construyen a partir de medios puentes que interconectan los buses de enlace de CC con sistemas de CA o fuentes de energía renovables. Los inversores de corriente se pueden construir con medios puentes para interactuar con cualquier número de fases de CA o fuentes de energía renovable (como se muestra en la Figura 5). Como mínimo, solo se requiere medio puente para conectar una fuente de energía renovable, como solar, eólica o batería, con un bus de enlace de CC. Esta estructura tiene una topología de diseño modular natural, donde se pueden realizar adiciones al compensador según sea necesario. Se pueden ensamblar múltiples medios puentes en paralelo para dar servicio a una fase de CA o fuente de energía para aumentar la capacidad de transferencia de corriente y reducir el ruido de operación a través de técnicas de intercalado.
La compensación de inyección de corriente utiliza una estructura de dos contadores con la compensación inyectada entre estos dos puntos de contadores. Cuando la energía fluye desde el sistema al lado del servicio, la acción de compensación del lado de servicio se determinada por el contador de servicio. La inyección de las corrientes de corrección permite que todo el lado del servicio aparezca desde el lado del sistema como una carga resistiva (PF = 1). La limpieza armónica y la corrección de factor de potencia tienen un gran beneficio para el sistema. El margen de estabilidad aumenta drásticamente y los sistemas con equipos de relé más antiguos se benefician al eliminar los armónicos indetectables. A medida que se añaden fuentes de energía renovables locales al lado del servicio, la energía fluirá tanto al sistema como a las cargas del servicio. Con la estructura actual de dos contadores e inyectando la energía renovable nuevamente entre estos dos puntos de medición, el flujo de esta energía puede medirse y acondicionarse usando el inversor de inyección de corriente usado para compensación.
El sistema actúa como compensador universal en el sentido de que la estructura de contador dual es particularmente útil en este caso para permitir el flujo inverso de energía. La conexión de una fuente renovable como paneles solares, generadores eólicos y baterías en el punto de compensación entre la estructura de dos contadores usando un medio puente genérico. Esto permite al inversor no solo para compensar los VAR, sino también inyectar potencia real de estas fuentes renovables y añadir la compensación de VAR requerida a estas fuentes antes de que se inyecten en el sistema. El contador dual permite el seguimiento de esta potencia real, la cantidad y dónde se entrega, ya sea al sistema, servicio o ambos. Ésta es una distinción importante de los sistemas actuales disponibles donde se mide la potencia entregada pero sin seguimiento ni compensación de VAR. Y si se proporciona compensación de VAR, es necesaria una red de comunicación para proporcionar los órdenes de energía y VAR. Sin embargo, en la presente invención no se requiere comunicación para que el dispositivo proporcione compensación de VAR y mantenga la estabilidad del sistema.
El inversor puede configurarse como inversor monofásico, bifásico, trifásico delta o conectado en Y, o puede adaptarse a la mayoría de las configuraciones polifásicas. Si se compensa más de una fase, el inversor también puede equilibrar las corrientes de fase como parte de la compensación, sin comunicación externa. El efecto neto de un compensador multifásico es que la potencia se equilibra con un factor de potencia unitario y los armónicos se eliminan del sistema. Esta carga ahora se ve desde el transformador de distribución como una carga resistiva equilibrada ideal.
El sistema proporciona compensación distribuida en el sentido de que los dispositivos SMPS y CFL, especialmente los de bajo vataje, tienden por diseño a concentrar la corriente consumida en los picos de tensión. El pico de corriente es muy estrecho y de gran magnitud, parecido a una función de impulso. Esto crea una gran cantidad de armónicos de alta corriente inyectados en el sistema. Además, varios dispositivos funcionan para aumentar esta amplitud máxima independientemente del fabricante y es una práctica de diseño de la industria a un coste mínimo. Estos tipos de cargas pueden saturar los dispositivos de compensación. La compensación distribuida que se describe en este documento permite que varias unidades en la ruta de cableado ayuden en la compensación de estas cargas.
Donde, algunos dispositivos conectados pueden requerir más compensación que la disponible en el punto de carga. Ahora todos los dispositivos en una ruta de cableado pueden contribuir a esta compensación.
La compensación distribuida para VAR, distorsión armónica, potencia real, si una fuente de energía renovable está disponible localmente, puede tomar la forma de dispositivos instalados a lo largo de las rutas de cableado para compensar las cargas cableadas y las energías renovables conectadas a estos dispositivos. Los compensadores integrados en las tomacorrientes pueden reemplazar a tomacorrientes estándar con características adicionales para la desconexión de carga y la gestión del lado de la demanda de las cargas conectadas. Las comunicaciones entre estos dispositivos permiten la gestión de apagones y reafirmación cuando las cargas prioritarias se reincorporan primero y, a medida que hay más fuentes de energía disponibles, se reincorporan más cargas. Las prioridades pueden se difíciles de establecer, por ubicación, o se pueden adjuntar etiquetas de identificación digital a las cargas enchufables, como refrigeradores, para establecer la prioridad dondequiera que estén enchufadas. La comunicación no es estrictamente necesaria para realizar las funciones de compensación, pero es necesaria para implementar la reincorporación de la carga priorizada.
La disposición descrita en la presente memoria proporciona las siguientes características y ventajas únicas:
1) Estructura de contador dual: permite la inversión y la contabilidad del flujo de energía.
2) La colocación de compensación distribuida mejora el rendimiento y la eficiencia general.
3) Se puede utilizar para eliminar la necesidad de incluir circuitos PFC en los dispositivos de consumo, lo que ahorra costes a la fabricación, al medio ambiente, tiempo de comercialización y al consumidor. Se espera que las infraestructuras de redes eléctricas duren décadas, si no siglos. Mientras que los productos de consumo tienen una vida media de 3-5 años. Si el circuito del dispositivo actual se construye dentro de la red eléctrica, se vuelve adaptable y más resistente, reduciendo o eliminando la necesidad de incluir dicha circuitería dentro de los dispositivos de consumo. Esta acción puede tener un gran impacto en la sociedad y el medio ambiente.
4) Permite entregar más potencia útil a través de circuitos de disyuntores individuales sin disparar disyuntores o violar los códigos eléctricos. Esto puede ser muy significativo en vecindarios más antiguos donde la red de distribución eléctrica tiene menor capacidad. Los hogares típicos en estos vecindarios tienen tamaños de servicio en el intervalo de 40 a 80 amperios. Es posible que esta corriente no sea suficiente para hacer funcionar aparatos modernos como aires acondicionados que tienen factores de potencia bajos. Empleando los métodos de compensación actuales, otro 20 a 30% de potencia estaría disponible para ayudar a satisfacer estas cargas adicionales. Esto se puede lograr sin afectar a la red de distribución local de manera adversa, pero de hecho mejorar su funcionamiento, estabilidad y maximizar las ventas de energía para la empresa de servicios públicos.
La disposición de este documento puede adoptar muchas formas, incluido un panel en la entrada de servicio, como se describe en detalle a continuación. Sin embargo, también se puede proporcionar como una caja negra a lo largo de las rutas de cableado individuales. De esta forma, se puede utilizar para reemplazar las tomacorrientes o se puede moldear dentro de los cables de alimentación.
La disposición de este documento se puede utilizar con un sistema para servicios de fase dual. En este caso, las salidas a lo largo de las rutas de cableado con ambas fases ahora pueden seleccionar qué fase se utilizará para generar cargas para mejorar el equilibrio de fase de una manera natural y transparente.
Además, si una carga SMPS se identifica como la carga y puede funcionar de manera más eficiente a 240 V en lugar de 120 V, se puede obtener nuevamente con 240 V de una manera natural y transparente. La mayoría de los adaptadores de tensión disponibles en la actualidad son de construcción de tensión universal que se puede alimentar con 90 a 260 VCA y son compatibles con los mercados mundiales. La desventaja es que cuanto menor sea la tensión de fuente, menor será la eficiencia general del adaptador. Mientras que esta nueva adaptación permita que estas cargas funcionen con la máxima eficiencia de diseño incluso en entornos de 120 VCA.
Uno de los mayores problemas a los que se enfrentan los sistemas de energía en la actualidad es cómo acomodar una gran cantidad de fuentes de energía renovable distribuidas cerca de los centros de carga. En algunas áreas, estas fuentes distribuidas son más grandes que la conexión a la red de los sistemas eléctricos. El problema surge cuando el sistema sufre un corte de energía. ¿Cómo se reincorporan literalmente miles de generadores (fuentes de energía renovables distribuidas) y miles de cargas de manera ordenada y estable? Tradicionalmente, la conexión a la red es la fuente más fuerte o la única después de un corte de energía. El sistema se reinicia pero tiene que comenzar con la carga de cualquier carga que estaba encendida antes del corte de energía. Esto puede sumarse a un tamaño de carga significativo. Uno de los cuales en un futuro cercano estará más allá de la capacidad de conexiones a red y en esta situación los métodos actuales no funcionarán. Es posible una solución utilizando la presente invención. Al detectar la inestabilidad de la red y abrir el conmutador de suministro de entrada 17, el sistema local puede aislarse de la red. Utilizando las fuentes de energía renovable disponibles y eliminando cualquier carga no prioritaria, este sistema aislado puede continuar funcionando. Una vez restablecida y estable la conexión a la red, el sistema local puede resincronizarse con la red y reafirmar el conmutador 17, conectando el local con la red mayor una vez más. La gestión del lado de la demanda es una función importante del diseño de sistemas de energía modernos y es una parte integral de la solución de este problema de gestión del sistema de energía más difícil. La presente invención puede realizar la gestión del lado de la demanda con prioridad de carga. Donde las cargas más importantes son atendidas primero y a medida que hay más energía disponible, se reinicializan más cargas. La gestión del lado de la demanda puede ayudar a reducir la cantidad de cortes de energía o caídas de tensión al eliminar las cargas no prioritarias cuando se detectan signos de una red débil (caída de tensión, caída de frecuencia de línea, etc.) o cuando la red le indica que lo haga.
Secuenciación y priorización de cargas adjuntas. Esto tiene un efecto profundo en los sistemas de energía actuales durante la reincorporación de un corte de energía. Con niveles cada vez más altos de fuentes de generación distribuida que se esperan en los sistemas de energía, coordinar y sincronizar estas muchas fuentes se vuelve cada vez más difícil. Especialmente en sistemas dominados por fuentes distribuidas donde la conexión a la red es débil y no se puede utilizar como fuente de sincronización. Donde en el esquema actual se eliminan las cargas dejando solo las de mayor prioridad, esto debilita el lado de la carga y permite que la conexión a la red funcione como fuente de sincronización para las fuentes distribuidas. A medida que hay más fuentes disponibles, se reincorporan más cargas en la estructura de prioridades. Una vez más, esto proporciona una forma natural y transparente de resolver un problema de red de energía muy difícil. Y además se puede hacer más con poca o ninguna comunicación.
Breve descripción de los dibujos
Se describirá ahora una realización de la invención junto con los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 es una ilustración esquemática de una red eléctrica según la presente invención.
La Figura 2 es una ilustración esquemática del circuito de corrección de potencia de la Figura 1.
La Figura 3 es una ilustración esquemática de una red de energía según la presente invención similar a la de la Figura 1 pero que incluye características adicionales.
La Figura 4 es una ilustración esquemática del circuito de corrección de potencia de la Figura 3.
La Figura 5 es una ilustración esquemática de un medio puente que se utilizará en la disposición de las Figuras 3 y 4.
La Figura 6 es una ilustración esquemática de una red eléctrica similar a la de la Figura 1 que muestra una disposición en la que los compensadores están integrados en las salidas.
En los dibujos, los mismos caracteres de referencia indican las partes correspondientes en las diferentes figuras.
Una red de transmisión de energía eléctrica 10 incluye un suministro de energía 11 generalmente en un transformador que suministra a una o más líneas de transmisión 12 y gestionada por un sistema de control de red 9 que usa muchos sistemas para detectar parámetros de la red y para controlar diversos componentes de la red para mantener la estabilidad de tensión en las líneas de transmisión.
En la línea de transmisión hay una pluralidad de instalaciones de abonado 13 para recibir energía eléctrica, cada una de las cuales incluye una pluralidad de dispositivos de usuario 14 en un circuito de suministro de energía 15. Cada una de las instalaciones de abonado 13 tiene una acometida 16 desde la línea de transmisión a una placa de entrada de suministro de energía 17 que incluye típicamente un conmutador de control de entrada principal. Normalmente, en la acometida se proporciona un contador para medir el uso de energía. En la presente invención, el contador se reemplaza por un componente integral que define un dispositivo de control de carga 18 conectado a la entrada de suministro de energía 17 para controlar la energía suministrada desde la entrada de suministro de energía a los dispositivos de usuario en el circuito de suministro de energía 15.
Cada dispositivo de control de carga incluye un sistema de detección 19 para detectar variaciones en el factor de potencia provocadas por los dispositivos de usuario 14, un sistema de corrección de potencia 20 para aplicar correcciones de carga a la potencia suministrada por la acometida a las instalaciones de abonado y un sistema de control 21 para controlar el sistema de corrección de potencia en respuesta a variaciones detectadas. El sistema de control 21 se conecta a un sistema de comunicación 91 para comunicarse entre el dispositivo de control de carga 19 y el sistema de control de red 9.
El sistema de detección comprende un primer contador 22 y un segundo contador 23, cada uno de ellos de una construcción generalmente conocida. Cada uno actúa para monitorizar la forma de onda del suministro de energía y generar datos relacionados con valores RMS verdaderos estándar de tensión y corriente y relacionados con la potencia real. El sistema de detección también puede tener sistemas que generan datos relacionados con los espectros de FFT de la forma de onda del suministro de energía analizando la forma de onda usando técnicas convencionales de Transformada Rápida de Fourier. Esto también se puede utilizar para generar datos relacionados con la distorsión armónica total (THD).
El primer contador se ubica en la acometida y el segundo contador se ubica aguas abajo del sistema de corrección de potencia y el sistema de control 21 que recibe los datos de ambos actos para comparar los datos de salida del segundo contador con los datos de salida del primer contador a determinar un nivel de mejora en el factor de potencia obtenido por el sistema de corrección de potencia 20.
El dispositivo de control de carga se dispone para comunicar datos relacionados con la mejora medida y la potencia real consumida al sistema de control de red 9. Esto se puede hacer en tiempo real, pero normalmente es periódico.
Como se muestra en la Figura 2, el sistema de corrección de potencia 20 comprende bancos de condensadores conmutados 24 que incluyen un conmutador 25 operado por el control 21 que conmuta en condensadores 26 seleccionados en un sistema de conmutación binario. El sistema 20 incluye además un circuito de reactor conmutado 38 para corrección de tensión. Esto incluye un inductor 28 y un conmutador 29 que conecta el inductor a través de los buses de suministro de energía 30 y 31. El conmutador 29 es operado por el control 21 en respuesta a un factor de potencia principal, proporciona un mayor control del factor de potencia variando el ángulo de disparo. Por lo general, los sistemas sobrecompensan el factor de potencia con condensadores y utilizan la combinación de conmutadores de reactor para ajuste fino el factor de potencia a la unidad. El sistema 20 incluye además un circuito de corrección de factor de potencia activa 40 para corrección de ruido y modelado de corriente. Este está compuesto por un rectificador 41 a través de los buses de suministro 30 y 31 que alimentan un inductor 42 con un conmutador 43 conectado al retorno de rectificador que forma un circuito de refuerzo. La salida del circuito de refuerzo alimenta el diodo 44 y el condensador de retención 45. El conmutador 43 es operado por el control 21 en respuesta al ruido y al análisis FFT de las cargas aguas abajo. Una forma de onda sinusoidal de la frecuencia fundamental menos la suma de las formas de onda FFT menos la fundamental se utiliza como entrada para conmutar 43 modulada a una frecuencia alta. Este circuito 40 da forma a la corriente de carga en una sinusoide basándose en el ruido medido de las cargas aguas abajo. La carga depositada en el condensador 45 puede purgarse con un resistor (no mostrada), alimentarse a un sistema local de carga de batería solar/eólica o volver a invertirse en el bus de suministro.
El dispositivo de control de carga incluye además un sistema para desconectar algunos de los dispositivos de usuario para la desconexión de carga proporcionada por un conmutador 33 operado por el control 21.
El sistema de control incluye un procesador que es programable desde una entrada externa del sistema de comunicación o se programa para cambiar la respuesta a las variaciones detectadas por el sistema de detección de modo que la respuesta sea diferente en diferentes circunstancias. De esta manera, todo el sistema puede ser interactivo o adaptable para proporcionar una respuesta mejorada para gestionar mejor todo el sistema en función de diversos aspectos, como la hora del día y los niveles de tensión local o globalmente en el sistema.
En particular, el sistema de control es operado por su programa para cambiar la tensión en la acometida cambiando la carga capacitiva en respuesta a los datos del sistema de control de red u otros factores para proporcionar otra herramienta al sistema de gestión de red para controlar mejor las tensiones y para mantener mejor la estabilidad.
Algunas o todas las instalaciones de abonado pueden incluir un sistema de suministro de energía en las instalaciones de abonado para añadir energía a la energía. Esto puede comprender cualquiera de los sistemas de suministro de energía conocidos, como paneles solares, generadores y otros sistemas locales. Por ejemplo, el suministro de energía como se muestra incluye un generador solar 35 conectado a un banco de baterías 36 operado por un conmutador 37 controlado por el control 21 para tomar energía de la acometida 16 o para añadir energía a la estación dependiendo de los datos o las instrucciones del programa del sistema de detección 19 o desde el control de red 9. Por tanto, el sistema de control se dispone para controlar los bancos de condensadores y la potencia añadida por el sistema de suministro de energía en respuesta a las variaciones detectadas.
La estructura de contador dual 22, 23 permite la compensación de cargas y condiciones visibles evitando cualquier oportunidad de compensación excesiva. Y de ahí cualquier posibilidad de inestabilidad creada por las acciones de compensación del dispositivo. El dispositivo es inherentemente estable por diseño y solo puede proporcionar compensación o acciones que mejorarán la estabilidad del sistema. Todo esto se hace sin la necesidad de comunicación con ningún otro dispositivo, control de red eléctrica, etc. Esto tiene un efecto profundo en la seguridad de la red. Donde la interrupción de la red de energía al ordenar (potencialmente millones de) estos dispositivos para dañar el sistema es imposible.
Pasando ahora a las Figuras 3 y 4, se muestra una disposición para la conexión de paneles solares 351, generadores eólicos 352, otras suministros de energía 353 y bancos de baterías 354 al circuito de corrección de energía 20. En la Figura 4 se proporciona la disposición para la conexión que incluye una serie de inversores de corriente 355, 356 y 357 dispuestos en una fila a lo largo de un par de conductores 358 y 359. A través de estos conductores también se conecta un par de inversores de corriente adicionales 361 y 362. Un condensador 363 también se conecta a los conductores 358, 359 y se ubica entre los inversores de corriente 361 y 362.
La construcción de cada inversor de corriente se muestra en la Figura 5 y comprende un conmutador superior y un diodo de retorno 364 y el conmutador inferior y un diodo de retorno 365 conectados a través de los conductores 358, 359, donde la entrada relevante de la fuente de energía se conecta en 366. Cuando se conecta a un suministro de energía de entrada, como un panel solar, un generador eólico o una batería cargada, el inversor actúa como regulador de refuerzo. Normalmente, la tensión del enlace de CC es mucho más alta que la tensión generada por las fuentes de energía renovable conectadas, por lo que es necesaria una conversión de refuerzo. El retorno o conexión a tierra de la(s) fuente(s) de energía renovable se conecta al punto 359. El conmutador inferior se enciende hasta que se genera una corriente deseada "I" medida con 367 a través del inductor 368. Entonces se apaga el conmutador inferior 365. El inductor tiene una carga almacenada que ahora se descargará a través del diodo de retorno del conmutador superior 364, cargando el condensador de enlace de CC 363 conectado entre los puntos 358 y 359 y finalmente completará el circuito a través del retorno a la fuente de energía conectada. De esta manera, el condensador de enlace de CC 363 se carga con energías que se pueden invertir de nuevo en el sistema de CA a través de los inversores 361 y 362 que se muestran en la Figura 4. Para invertir este proceso y cargar una batería, el inversor de corriente actúa como un convertidor reductor, transfiriendo energía desde una fuente de alta tensión CC a una tensión más baja. Nuevamente, el terminal negativo de la batería se conecta al punto 359. Para cargar una batería, energía desde el condensador de enlace de CC 363 y los buses 358 y 359, el conmutador superior 364 se enciende hasta que se alcanza una tensión en el terminal 366 que es adecuado para cargar la batería adjunta. Esto también genera una corriente dentro del inductor 368 y es la corriente de carga para la batería. Luego se apaga el conmutador superior, esta corriente continúa cargando la batería a través del diodo de retorno del conmutador inferior 365, inductor 368, hasta que la tensión/corriente cae a un punto, donde nuevamente se enciende el conmutador superior, repitiendo el ciclo. El inversor de corriente ahora funciona como un convertidor reductor, reduciendo la tensión del condensador de enlace de CC a un nivel necesario para la batería adjunta. Tanto los ciclos de conversión de refuerzo como de reducción son bien conocidos en la industria como una forma de transferir energía entre dos tensiones de CC, un convertidor de CC.
El uso de inversores de corriente ya que el elemento de compensación mejora drásticamente la flexibilidad y la estabilidad de la disposición. Con el inversor de corriente o el compensador universal, cualquier elemento pasivo o combinación de (condensador, resistor, inductor y resistor negativo) se puede implementar con software utilizando esta estructura. El control de retroalimentación de inyección de corriente evita cualquier interacción resonante con los componentes externos del sistema, destacando su característica estable inherente. Las estructuras se construyen a partir de medios puentes 364, 365 que interconectan los buses de enlace de CC 358, 359 con los sistemas de CA o las fuentes de energía renovable 351 a 354. Los inversores de corriente se construyen con medios puentes para interactuar con cualquier número de fases de CA o fuentes de energía renovables. Como mínimo, solo se requiere medio puente para conectar una fuente de energía renovable, como solar, eólica o batería, con un bus de enlace de CC. Esta estructura tiene una topología de diseño modular natural, donde se pueden realizar adiciones al compensador según sea necesario. Se pueden ensamblar múltiples medios puentes en paralelo como se muestra en la Figura 4 para dar servicio a una fase de CA o la fuente de energía para aumentar la capacidad de transferencia de corriente y reducir el ruido de operación mediante técnicas de entrelazado.
Como se muestra en las Figuras 1 y 3, la compensación de inyección actual utiliza una estructura de dos contadores 22, 23 con la compensación inyectada entre estos dos puntos de contador. Cuando fluye energía desde el sistema hacia el lado del servicio, la acción de compensación está determinada por el contador de servicio 23. La inyección de corrientes de corrección, permite que todo el lado del servicio aparezca desde el lado del sistema (contador 22) como una carga resistiva (PF = 1). La limpieza armónica y la corrección de factor de potencia tienen un gran beneficio para el sistema. El margen de estabilidad aumenta drásticamente y los sistemas con equipos de relé más antiguos se benefician al eliminar los armónicos indetectables. A medida que las fuentes de energía renovable locales 351 a 354 se añaden al lado del servicio, la energía fluirá a cargas tanto de sistema como de servicio 14. Con la estructura actual de dos contadores y la inyección de energía renovable nuevamente entre estos dos puntos de medición en el circuito de corrección de potencia 20 como se muestra en la Figura 4, el flujo de esta energía se puede medir y acondicionar usando el inversor de inyección de corriente usado para compensación.
El sistema actúa como compensador universal en el sentido de que la estructura de contador dual es particularmente útil en este caso para permitir el flujo inverso de energía. La conexión de una fuente renovable como paneles solares, generadores eólicos y baterías en el punto de compensación entre la estructura de dos contadores usando un medio puente genérico. Esto permite al inversor no solo para compensar los VAR, sino también inyectar potencia real de estas fuentes renovables y añadir la compensación de VAR requerida a estas fuentes antes de que se inyecten en el sistema. El contador dual 22, 23 permite el seguimiento de esta potencia real, la cantidad y donde se entrega, ya sea al sistema, al servicio o a ambos. Ésta es una distinción importante de los sistemas actuales disponibles donde se mide la potencia entregada pero sin seguimiento ni compensación de VAR. Y si se proporciona compensación de VAR, es necesaria una red de comunicación proporcionada por el sistema de comunicación 91 a la red 9 para proporcionar los órdenes de potencia y VAR. Sin embargo, en el sistema de comunicación 91 de la presente invención no se requiere que el dispositivo proporcione compensación de VAR y mantenga la estabilidad del sistema.
La presente invención puede empaquetarse en receptáculos de salida locales como se muestra en la Figura 6. Donde cada disyuntor de panel 600 genera una ruta de cableado con múltiples módulos de compensación de salida 601 conectados a lo largo de la ruta de cableado. Esto forma una disposición de compensación distribuida. Cada módulo puede contener una interfaz de comunicaciones 691 para comunicarse con un compensador montado en panel a través de la interfaz de comunicaciones 91 y/o con otras unidades similares. Nuevamente, la estructura de contador dual dentro de cada módulo permite medir la necesidad de compensación y los resultados de la compensación en cada ubicación a lo largo del camino. Con las comunicaciones, todas las unidades pueden compartir esta información para permitir que el grupo maximice la eficiencia de compensación distribuida. Sin comunicaciones, se proporciona un mecanismo natural para compartir esta información mediante la colocación a lo largo de la ruta de cableado. Si se asume una ruta en serie, entonces se aísla el módulo más alejado del disyuntor, donde ese módulo únicamente puede ver las cargas conectadas a sus salidas locales 602. Cada módulo desde el más alejado puede ver los efectos y las cargas de cada módulo más alejado del panel que a sí mismo. Esto permite añadir compensación a cargas más abajo en la cadena que no podrían ser compensadas por sus módulos locales. Si bien la eficiencia de la compensación no sería tan eficiente como la de los módulos con comunicaciones, el coste y la complejidad añadidos pueden no estar justificados. Esta disposición de compensación distribuida puede aumentar la capacidad del disyuntor de panel y el cableado asociado al generar localmente un requisito de VAR de cargas. Entonces, la rotura solo necesita llevar la potencia real necesaria para estas cargas. A diferencia de lo que ocurría anteriormente, la rotura tenía que soportar las necesidades energéticas reales e imaginarias de cada carga. Esto puede ser significativo, aumentando la transferencia de energía de un 20 a un 30% o más. Todo sin violar los códigos eléctricos establecidos para la capacidad de corriente del cableado. Esto puede tener un gran impacto en instalaciones y hogares antiguos donde se instaló un cableado mínimo y no se previó una mayor necesidad de energía. Ahora, con la instalación de módulos de salida de compensación, se puede transportar más potencia útil mediante los mismos cables viejos instalados hace muchos años, dando nueva vida a las estructuras más antiguas.
La gestión del lado de la demanda y la identificación de prioridad de carga y las funciones de gestión requieren la interfaz de comunicaciones del 691. Cada módulo recibe los comandos de carga del lado de la demanda y las cargas adecuadas se conectan o desconectan según el orden. Con una conexión de comunicaciones de control de red de energía, como 9 esquemas de gestión de demanda de sistema de energía más finos, son posibles donde millones de cargas pueden identificarse por importancia, clase (cargadores, calefacción, refrigeración, etc.), tamaño, contenido de ruido, etc. Esto permitiría un control mayor y más fino de los perfiles de carga para que coincida con la disponibilidad de energía de red, la hora del día y los tipos de energía, renovable o de red, etc. En caso de un corte de energía, se eliminan todas las cargas no prioritarias. Con el retorno de energía, las cargas pueden reiniciarse en orden de prioridad para que coincidan con los criterios de disponibilidad de energía actuales. La gestión del lado de la demanda y la secuenciación de carga pueden marcar una gran diferencia en la fiabilidad y la estabilidad del sistema, especialmente en redes eléctricas con una alta concentración de fuentes de energía renovable.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de control de carga (18) para uso en una red de transmisión de energía eléctrica (10) donde la red de transmisión de energía eléctrica (10) comprende:
una pluralidad de instalaciones de abonado (13) para recibir energía eléctrica, cada uno de los cuales incluye una pluralidad de dispositivos de usuario (14) en un circuito de suministro de energía (15), al menos algunos de los cuales provocan variaciones del factor de potencia cuando se opera;
líneas de transmisión (12) que suministran energía eléctrica con cada una de las instalaciones de abonado (13) que tienen una acometida (16) desde una de las líneas de transmisión (12) a una entrada de suministro de energía (17);
estando dispuesto el dispositivo de control de carga (18) para la conexión a una respectiva de las entradas de suministro de energía (17) para controlar la energía suministrada desde la respectiva entrada de suministro de energía (17) a los dispositivos de usuario (14) en el respectivo circuito de suministro de energía (15);
comprendiendo el dispositivo de control de carga (18):
un sistema de detección (19) para detectar variaciones en el factor de potencia provocadas por los dispositivos de usuario (14);
un sistema de corrección de potencia (20) para aplicar componentes de compensación reactiva, en donde los componentes de compensación reactiva comprenden una carga capacitiva, a la potencia suministrada por la acometida (16) a las instalaciones de abonado (13);
y un sistema de control (21) para controlar el sistema de corrección de potencia (20) en respuesta a variaciones detectadas;
caracterizado por que el sistema de detección comprende un primer contador (22) configurado para generar datos en la acometida (16) y un segundo contador (23) configurado para generar datos aguas abajo del sistema de corrección de potencia (20), donde ambos contadores primero y segundo (22, 23) se configuran para generar datos sobre los mismos parámetros obtenidos del circuito de suministro de energía (15) y donde los contadores primer y segundo se configuran para generar datos relacionados con la raíz cuadrática media verdadera estándar, RMS, valores de tensión, corriente y potencia real y en donde el sistema de control (21) se dispone para comparar los datos del segundo contador (23) con los datos del primer contador (22) para determinar un nivel de mejora en el factor de potencia obtenido por el sistema de corrección de potencia (20).
2. El dispositivo de control de carga (18) según la reivindicación 1, en donde dichos contadores primer y segundo (22, 23) se configuran para generar datos relacionados con los espectros de la T ransformada Rápida de Fourier, FFT, de la forma de onda del suministro de energía.
3. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde dichos contadores primero y segundo (22, 23) se configuran para generar datos relacionados con la distorsión armónica total, THD.
4. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde los componentes de compensación reactiva comprenden bancos de condensadores estáticos o conmutados.
5. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde los componentes de compensación reactiva comprenden un reactor conmutado.
6. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema de corrección de potencia (20) se configura para usar una señal de referencia sinusoidal menos una señal de error que proporciona pulsos de corrección a un Control de factor de potencia activa que se configura para dar forma a la corriente entrante en ondas sinusoidales que eliminan el ruido de energía y mejoran la calidad de la energía.
7. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde se proporciona un sistema para desconectar algunos de los dispositivos de usuario (14) para la desconexión de carga.
8. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema de control (21) es programable para cambiar la respuesta a variaciones detectadas por el sistema de detección (19).
9. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior que incluye al menos un sistema de suministro de energía (35, 36) en las instalaciones de abonado (13) para añadir energía a la energía desde la acometida (16) y en donde el sistema de control (21) dispuesto para controlar los componentes de compensación reactiva y la potencia añadida por el al menos un sistema de suministro de energía (35, 36) en respuesta a las variaciones detectadas.
10. El dispositivo de control de carga (18) según la reivindicación 9, en donde dicho al menos un sistema de suministro de energía (35, 36) se conecta entre los contadores primero y segundo (22, 23) de modo que los contadores primero y segundo (22, 23) proporcionan seguimiento de la energía añadida por dicho al menos un sistema de suministro de energía (35, 36).
11. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde la compensación reactiva se lleva a cabo mediante un inversor de corriente (355).
12. El dispositivo de control de carga (18) según la reivindicación 11, en donde el inversor de corriente (355) comprende uno o más medios puentes (364).
13. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde dicho dispositivo de control de carga (18) se dispone después de un corte de energía para reincorporar las cargas prioritarias antes que otras cargas.
14. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema de corrección de potencia (20) incluye un inductor (28) conectado por un conmutador (29) que se configura para ser operado varias veces por ciclo para dar forma a la forma de onda de la corriente hasta ondas sinusoidales en fase con la onda de tensión.
15. El dispositivo de control de carga (18) según cualquier reivindicación anterior, en donde el sistema de corrección de potencia (20) se configura para corregir una forma de onda del circuito de suministro de energía (15) para eliminar distorsiones que surgen de las variaciones de factor de potencia de dicho al menos uno de los dispositivos de usuario (14).
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