ES2929746T3 - Dispositivo de compensación en serie - Google Patents

Dispositivo de compensación en serie Download PDF

Info

Publication number
ES2929746T3
ES2929746T3 ES17764352T ES17764352T ES2929746T3 ES 2929746 T3 ES2929746 T3 ES 2929746T3 ES 17764352 T ES17764352 T ES 17764352T ES 17764352 T ES17764352 T ES 17764352T ES 2929746 T3 ES2929746 T3 ES 2929746T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
series
power converter
compensation device
voltage
transformer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES17764352T
Other languages
English (en)
Inventor
Patrik Ernst
Andreas Haselbauer
Georg Pilz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Application granted granted Critical
Publication of ES2929746T3 publication Critical patent/ES2929746T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1807—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators
    • H02J3/1814—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using series compensators wherein al least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. unified power flow controllers [UPFC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/10—Flexible AC transmission systems [FACTS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de compensación en serie (1) para una red de transmisión de energía eléctrica (3) que tiene un transformador (7), donde un devanado primario (4) del transformador (7) puede conectarse en serie en una línea de fase (L1) de la red de transporte de energía (3). El dispositivo de compensación en serie cuenta con un convertidor de potencia multinivel modular (13), el cual cuenta con una pluralidad de módulos (1_1…1_n), que forman un circuito serie de módulo eléctrico (22). El convertidor de potencia multinivel modular (13) está conectado a un devanado secundario (10) del transformador (7). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de compensación en serie
La invención se refiere a un dispositivo de compensación en serie para una red de transmisión de energía eléctrica.
La transmisión de corriente alterna a largas distancias está limitada principalmente por la impedancia de las líneas de transmisión de la red de transmisión de energía. Por lo tanto, los dispositivos de compensación en serie basados en componentes pasivos como, por ejemplo, condensadores o bobinas se utilizan para compensar o aumentar una parte de la reactancia de conducción. Esto aumenta la potencia activa transferible a través de la línea. Esto aumenta significativamente la eficiencia de la transmisión de corriente alterna.
En la compensación en serie, se sabe, por ejemplo, conectar un condensador en serie a la línea de transmisión (condensador en serie fijo FSC (Fixed Series Capacitor) o condensador en serie controlado por tiristor TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor)). Esto reduce la impedancia longitudinal de la línea. Aplicando una bobina de estrangulamiento, la impedancia de una línea también se puede aumentar. Además, es concebible utilizar el llamado SSSC (Static Synchronous Series Compensator) para estos fines. Las soluciones mencionadas deben hacerse a la medida del caso de aplicación respectivo y, por lo tanto, deben adaptarse o modificarse en muchas partes para cada proyecto.
Por las publicaciones CN 106452136 A y CN 106451466 A se sabe que un bobinado primario de un transformador en serie se conecta a una línea de fase de una red de transmisión de energía y el bobinado secundario del transformador se conecta con un convertidor de potencia modular multinivel.
Por el artículo "Direct-coupled cascaded multilevel sag compensator" de Visser A. J. et al, Power Electronics Specialists Conference, IEEE 31 st Annual, Vol. 1, 18 de junio de 2000, páginas 463-469 se sabe que se utiliza un convertidor de potencia multinivel en un compensador en serie sin transformador.
La invención se basa en el objetivo de proporcionar un dispositivo de compensación en serie y un procedimiento de compensación en serie, que se pueden utilizar de manera flexible.
Este objetivo se logra de acuerdo con la invención mediante un dispositivo de compensación en serie y mediante un procedimiento de compensación en serie de acuerdo con las reivindicaciones independientes. Las formas de realización ventajosas del dispositivo de compensación en serie se indican en las reclamaciones dependientes.
Se divulga un dispositivo de compensación en serie para una red de transmisión de energía eléctrica con un transformador, en donde un bobinado primario del transformador se puede conectar en serie (o conmutar) en una línea de fase de la red de transmisión de energía, y con un convertidor de potencia modular multinivel que tiene una pluralidad de módulos que forman un circuito en serie de módulos eléctricos, en donde el convertidor de potencia multinivel modular (del lado de voltaje de corriente alterna) está conectado con un bobinado secundario del transformador. En este caso es particularmente ventajoso que un convertidor de potencia modular multinivel esté conectado con el bobinado secundario del transformador. Dicho más exactamente, una conexión de voltaje de corriente alterna del convertidor de potencia multinivel está conectada al bobinado secundario del transformador. Por medio del convertidor de potencia modular multinivel se puede generar casi cualquier curva de voltaje o voltaje y aplicarlo al bobinado secundario del transformador. Por lo tanto, la impedancia efectiva de la línea de fase puede verse influenciada en gran medida y se puede llevar a cabo un control del flujo de carga en la línea de fase. Además, es ventajoso que usando un convertidor de potencia modular multinivel se impidan vibraciones no deseadas en la red de transmisión de energía (las llamadas Resonancias Subsíncronas) que pueden causarse, por ejemplo, cuando se utilizan condensadores en serie con una capacitancia constante. La posibilidad de amortiguar tales resonancias u oscilaciones es una propiedad ventajosa del dispositivo de compensación en serie.
El dispositivo de compensación en serie puede configurarse de modo que el convertidor de potencia modular multinivel comprenda tres circuitos en serie de módulos que forman un circuito de triángulo.
El dispositivo de compensación en serie también se puede configurar para que el convertidor de potencia multinivel modular comprenda seis circuitos en serie de módulos que formen un circuito de puente (trifásico).
El dispositivo de compensación en serie puede configurarse de modo que cada módulo tenga al menos dos elementos electrónicos de conmutación y un módulo eléctrico de almacenamiento de energía. Dichos módulos también se conocen como submódulos del convertidor de potencia modular multinivel.
El dispositivo de compensación en serie también puede diseñarse de modo que los dos elementos electrónicos de conmutación de los módulos estén dispuestos en un circuito de medio puente, o cada uno de los módulos tenga los dos elementos electrónicos de conmutación y otros dos elementos electrónicos de conmutación, en donde los dos elementos electrónicos de conmutación y los otros dos elementos electrónicos de conmutación estén dispuestos en un circuito de puente completo. Dichos módulos también se denominan módulos de puente completo o submódulos de puente completo del convertidor de potencia modular multinivel.
El dispositivo de compensación en serie está configurado para que el convertidor de potencia modular multinivel (del lado de voltaje de corriente continua) esté conectado a un acumulador de energía. En tal caso una conexión de voltaje de corriente continua del convertidor de potencia multinivel está unida al acumulador de energía. En tal caso es particularmente ventajoso que el acumulador de energía pueda suministrar energía eléctrica al convertidor de potencia modular multinivel. Como resultado, el convertidor de potencia modular multinivel puede alimentar no solo potencia reactiva, sino también potencia activa a la red de transmisión de energía.
El dispositivo de compensación en serie está diseñado para que el acumulador de energía tenga una pluralidad de unidades de acumulador de energía interconectadas. Mediante el uso de una pluralidad de unidades de acumulador de energía interconectadas, el acumulador de energía puede proporcionar ventajosamente grandes corrientes o grandes voltajes y tener una gran capacitancia eléctrica.
El dispositivo de compensación en serie puede diseñarse para que las unidades de acumulador de energía sean condensadores y/o baterías.
El dispositivo de compensación en serie también puede diseñarse de modo que un dispositivo de control que controla el convertidor de potencia multinivel genere un voltaje que cambie en el tiempo por períodos. Este voltaje que cambia periódicamente en el tiempo se transforma por el transformador (formando un voltaje transformado). El voltaje transformado se aplica (alimenta) en serie en la línea de fase de la red de transmisión de energía por medio del transformador. En caso de necesidad, el convertidor de potencia multinivel es ventajosamente capaz de generar una amplia variedad de voltajes que cambian periódicamente en el tiempo. Como resultado, el dispositivo de compensación en serie se puede utilizar para una gran cantidad de tareas de compensación diferentes. El dispositivo de compensación en serie también se puede adaptar a una amplia variedad de condiciones sin cambios en el hardware.
Se divulga además un procedimiento de compensación en serie para una red de transmisión de energía eléctrica, en el que
- un convertidor de potencia modular multinivel genera un voltaje que cambia periódicamente en el tiempo, - este voltaje se aplica a un bobinado secundario de un transformador,
- el transformador transforma este voltaje sobre un bobinado primario del transformador (formando un voltaje transformado), y
- por medio del bobinado primario, el voltaje transformado se aplica (se alimenta) en serie en una línea de fase de la red de transmisión de energía.
Este procedimiento tiene ventajas similares a las descritas anteriormente en relación con el dispositivo de compensación en serie.
A continuación, la invención se explica con más detalle por medio de ejemplos de realización. Los signos de referencia iguales se refieren a elementos iguales o equivalentes. A tal efecto,
La Figura 1 representa un ejemplo de realización de un dispositivo de compensación en serie con un convertidor de potencia modular multinivel,
La Figura 2 representa un ejemplo de realización de un módulo del convertidor de potencia modular multinivel,
La Figura 3 representa un ejemplo de realización adicional de un módulo del convertidor de potencia modular multinivel,
La Figura 4 representa un ejemplo de realización de un dispositivo de compensación en serie para una línea de fase de una red de transmisión de energía,
La Figura 5 representa un ejemplo de realización de un dispositivo de compensación en serie para tres líneas de fase de la red de transmisión de energía,
La Figura 6 representa un ejemplo de realización de una parte de un dispositivo de compensación en serie con un convertidor de potencia multinivel con submódulos de medio puente,
La Figura 7 representa un ejemplo de realización de una parte de un dispositivo de compensación en serie con un convertidor de potencia multinivel con submódulos de puente completo,
La Figura 8 representa un ejemplo de realización de un acumulador de energía para la conexión del lado de corriente continua al convertidor de potencia modular multinivel, y
La Figura 9 representa una secuencia ejemplar de un procedimiento de compensación en serie para una red de transmisión de energía eléctrica.
La figura 1 muestra un ejemplo de realización de un dispositivo de compensación en serie 1. Una red de transmisión de energía 3 tiene una primera línea de fase L1. Esta es una red de transmisión de energía de corriente alterna 3. En la primera línea de fase L1, un bobinado primario 4 de un transformador 7 es conmutable o conmutado en serie. En el ejemplo de realización, la red de transmisión de energía es una red de transmisión de energía de alto voltaje y la primera línea de fase L1 es una primera línea de fase de alto voltaje L1. El transformador 7 es, por lo tanto, un transformador de alta tensión 7. Un bobinado secundario 10 del transformador 7 está conectado eléctricamente a un convertidor de potencia modular multinivel 13. Dicho más exactamente, dos conexiones de bobinado secundario 16a y 16b están conectados eléctricamente a dos conexiones de voltaje de corriente alterna 19a y 19b del convertidor de potencia modular multinivel 13. El convertidor de potencia modular multinivel 13 tiene un circuito en serie 22 de módulos 1_1, 12, ... 1_n. El circuito en serie de los módulos 1_1 a 1_n se extiende entre las dos conexiones de tensión de corriente alterna 19a y 19b del convertidor de potencia modular multinivel 13. En el ejemplo de realización de la Figura 1, los módulos 1_1 a 1_n están diseñados como módulos de puente completo. En otro ejemplo de realización, sin embargo, los módulos también pueden ser módulos de medio puente.
Además, se representa un dispositivo de control 28 que controla los módulos 1_1 a 1_n. Como consecuencia se genera un voltaje que cambia periódicamente en el tiempo en las conexiones de voltaje de corriente alterna 19a y 19b del circuito en serie 22, que se aplica al bobinado secundario 10 del transformador 7. El transformador 7 transforma este voltaje que cambia periódicamente en el tiempo sobre el bobinado primario 4. El bobinado primario 4 aplica este voltaje transformado en la primera línea de fase L1 de la red de transmisión de energía 3 (el voltaje transformado se alimenta a la primera línea de fase L1 de la red de transmisión de energía 3). Como resultado, se lleva a cabo una compensación en serie de la red de transmisión de energía. En este caso se puede causar un efecto como si un condensador o un inductor se hubieran conectado a la red de transmisión de energía 3.
El dispositivo de control 28 envía señales de control 30 al convertidor de potencia modular multinivel. Estas señales de control 30 llegan a los módulos individuales 1_1 a 1_n del convertidor de potencia multinivel y controlan los elementos electrónicos de conmutación de los módulos. Por ejemplo, el dispositivo de control 28 puede enviar respectivamente a los módulos individuales un valor nominal para la cantidad de voltaje de salida que el módulo respectivo debe proporcionar. Como resultado, casi cualquier voltaje puede generarse por medio del circuito en serie 22 de los módulos, que se emite en las conexiones de voltaje de corriente alterna 19a y 19b del circuito en serie 22.
En la figura 2 se representa a modo de ejemplo la estructura de un módulo 201. Puede tratarse, por ejemplo, del módulo 1_1 del convertidor de potencia modular multinivel 13 (o de uno de los otros módulos representados en la figura 1).
El módulo está diseñado como un módulo de medio puente 201. El módulo 201 presenta un primer elemento electrónico de conmutación capaz de encenderse/apagarse 202 (primer elemento electrónico de conmutación 202) con un primer diodo conectado en antiparalelo 204 (primer diodo de rueda libre 204). Además, el módulo 201 presenta un segundo elemento electrónico de conmutación capaz de encenderse y apagarse 206 (segundo elemento electrónico de conmutación 206) con un segundo diodo conectado en antiparalelo 208 (segundo diodo de rueda libre 208) y un módulo acumulador electrónico de energía 210 en forma de condensador eléctrico 210. El primer elemento electrónico de conmutación 202 y el segundo elemento electrónico de conmutación 206 están respectivamente diseñados como un IGBT (insulated-gate bipolar transistor o transistor bipolar de compuerta aislada). (En otro ejemplo de realización, sin embargo, los elementos electrónicos de conmutación también pueden diseñarse, por ejemplo, como GTO (Gate Turn-Off o tiristor de apagado de compuerta) o como IGCT (Integrated Gate-Commutated Thyristor o tiristor conmutado por compuerta integrada). El primer elemento electrónico de conmutación 202 está conectado eléctricamente en serie con el segundo elemento electrónico de conmutación 206. En el punto de conexión entre los dos elementos electrónicos de conmutación 202 y 206 se dispone una primera conexión de módulo (galvánica) 212. En la conexión del segundo elemento de conmutación 206, que está frente al punto de contacto, se dispone una segunda conexión de módulo (galvánica) 215. La segunda conexión de módulo 215 está en contacto con una primera conexión del módulo acumulador de energía 210; una segunda conexión del módulo acumulador de energía 210 está en contacto eléctrico con la conexión del primer elemento de conmutación 202, que está frente al punto de contacto.
Por lo tanto, el módulo acumulador de energía 210 está conectado eléctricamente en paralelo al circuito en serie del primer elemento de conmutación 202 y al segundo elemento de conmutación 206. Mediante el control correspondiente del primer elemento de conmutación 202 y del segundo elemento de conmutación 206 se puede lograr que entre la primera conexión del módulo 212 y la segunda conexión del módulo 215 no se emita el voltaje del módulo acumulador de energía 210 o ningún voltaje (es decir que se emita un voltaje nulo). Al interactuar con los módulos de la conexión modular en serie individual se puede generar el voltaje de salida deseado respectivo del convertidor de potencia. El control del primer elemento de conmutación 202 y del segundo elemento de conmutación 206 se realiza en el ejemplo de realización mediante las señales de control 30 antes mencionadas del dispositivo de control 28.
En la Figura 3 se muestra otro ejemplo de realización de un módulo 301 del convertidor de potencia modular multinivel. Este módulo 301 puede ser, por ejemplo, el módulo 1_1 (o también uno de los otros módulos que se muestran en la Figura 1). Además del primer elemento electrónico de conmutación 202, del segundo elemento electrónico de conmutación 206, del primer diodo de rueda libre 204, del segundo diodo de rueda libre 208 y del módulo acumulador de energía 210, ya conocidos en la figura 2, el módulo 301 que se representa en la figura 3 presenta un tercer elemento electrónico de conmutación 302 con un tercer diodo de rueda libre conectado en antiparalelo 304 y un cuarto elemento electrónico de conmutación 306 con un cuarto diodo de rueda libre conectado en antiparalelo 308. El tercer elemento electrónico de conmutación 302 y el cuarto elemento electrónico de conmutación 306 están respectivamente diseñados como un IGBT (en otro ejemplo de realización, sin embargo, los elementos electrónicos de conmutación también pueden estar diseñados, por ejemplo, como un GTO o un IGCT). A diferencia del circuito de la Figura 2, la segunda conexión del módulo 315 no está en contacto eléctrico con el segundo elemento electrónico de conmutación 206, sino con un punto medio de una conexión eléctrica en serie del tercer elemento electrónico de conmutación 302 y del cuarto elemento electrónico de conmutación 306.
El módulo 301 de la Figura 3 es el llamado módulo de puente completo 301. Este módulo de puente completo 301 se caracteriza porque con un control correspondiente de los cuatro elementos electrónicos de conmutación entre la primera conexión de módulo 212 y la segunda conexión de módulo 315, opcionalmente se puede emitir el voltaje positivo del módulo acumulador de energía 210, el voltaje negativo del módulo acumulador de energía 210 o un voltaje del valor cero (voltaje nulo). Por lo tanto, la polaridad del voltaje de salida se puede invertir por medio del módulo de puente completo 301. El convertidor de potencia 13 puede tener solo módulos de medio puente 201, solo módulos de puente completo 301 o también módulos de medio puente 201 y módulos de puente completo 301.
En la Figura 4 está representado otro ejemplo de realización de un dispositivo de compensación en serie 403. Este dispositivo de compensación en serie 403 presenta un sistema de conexión trifásico 406, que está en contacto eléctrico con el bobinado secundario 10 del transformador 7. El sistema de conexión 406 presenta una primera línea de conexión A, una segunda línea de conexión B y una tercera línea de conexión C. La primera línea de conexión A, la segunda línea de conexión B y/o la tercera línea de conexión C pueden ser, por ejemplo, carriles conductores o barras colectoras, en particular carriles conductores de tensión media o barras colectoras de tensión media.
La primera conexión de bobinado secundario 16a del bobinado secundario 10 está en contacto eléctrico con la primera línea de conexión A, la segunda conexión de bobinado secundario 16b del bobinado secundario 10 está en contacto eléctrico con la tercera línea de conexión C. Dado que en la figura 4 solo se representa la primera línea de fase L1 de la red de transmisión de energía 3, la segunda línea de conexión B permanece desocupada.
El primer cable de conexión A está en contacto eléctrico con la primera conexión de voltaje de corriente alterna 19a del convertidor de potencia modular multinivel 13; la tercera línea de conexión C está en contacto eléctrico con la segunda conexión de voltaje de corriente alterna 19b del convertidor de potencia modular multinivel 13. Como resultado, la primera conexión de bobinado secundario 16a del bobinado secundario 10 está en contacto con la primera conexión de voltaje de corriente alterna 19a del convertidor de potencia multinivel 13; la segunda conexión de bobinado secundario 16b del transformador 7 está en contacto eléctrico con la segunda conexión de voltaje de corriente alterna 19b del convertidor de potencia multinivel 13. Como resultado, el convertidor de potencia modular multinivel 13 puede alimentar el voltaje generado en sus conexiones de voltaje de corriente alterna 19a y 19b al bobinado secundario 10 del transformador 7. Por lo tanto, El voltaje generado por el convertidor de potencia modular multinivel 13 se aplica al bobinado secundario 10.
Dicho en otras palabras, una fuente de voltaje controlable se conecta a la línea de fase L1 por medio del dispositivo de compensación en serie 403. El bobinado primario 4 del transformador 7 se conecta a la primera línea de fase L1. El bobinado secundario 10 del transformador 7 (es decir, en particular, las conexiones de bobinado secundario 16a y 16b) está en contacto con el convertidor de potencia multinivel. En tal caso, el bobinado primario 4 es particularmente un bobinado de alta tensión 4; El bobinado secundario 10 es particularmente un bobinado de media tensión 10.
En la figura 5 está representado un ejemplo de realización de un dispositivo trifásico de compensación en serie 503. Este dispositivo de compensación en serie 503 representa una ampliación del dispositivo monofásico de compensación en serie 403 que se representa en la figura 4 en tres fases.
En el ejemplo de realización de la Figura 5, la red de transmisión de energía 3 también tiene, además de la primera línea de fase L1, una segunda línea de fase L2 y una tercera línea de fase L3. Además del primer bobinado primario 4 y del primer bobinado secundario 10, el transformador 7 presentas adicionalmente un segundo bobinado primario 506, un segundo bobinado secundario 509, un tercer bobinado primario 512 y un tercer bobinado secundario 515. La segunda línea de fase L2 está acoplada por medio del segundo bobinado primario 506 y del segundo bobinado secundario 509 con la primera línea de conexión A y la segunda línea de conexión B. La tercera línea de fase L3 está acoplada por medio del tercer bobinado primario 512 y del tercer bobinado secundario 515 con la segunda línea de conexión B y la tercera línea de conexión C. En el ejemplo de realización de la Figura 5, los bobinados secundarios 10, 509 y 515 del transformador 7 están conectados en un circuito de triángulo. En otro ejemplo de realización, sin embargo, los bobinados secundarios del transformador 7 también pueden conmutarse de manera diferente, por ejemplo, en un circuito en estrella.
Al igual que en el ejemplo de realización de la figura 4, la primera línea de conexión A y la tercera línea de conexión C están en contacto eléctrico con el primer circuito en serie 22 de módulos del convertidor de potencia multinivel. Además, la primera línea de conexión A y la segunda línea de conexión B están en contacto eléctrico con un segundo circuito en serie 520 de módulos del convertidor de potencia multinivel. La segunda línea de conexión B y la tercera línea de conexión C están en contacto eléctrico con un tercer circuito en serie 523 de módulos del convertidor de potencia multinivel. La primera línea de conexión A, la segunda línea de conexión B y la tercera línea de conexión C sirven entonces en el ejemplo de realización solo para contactar los bobinados secundarios (bobinas secundarias) del transformador 7 con las conexiones de voltaje de corriente alterna del convertidor de potencia multinivel.
El primer circuito en serie 22, el segundo circuito en serie 520 y el tercer circuito en serie 523 se crean de manera similar en el ejemplo de realización; en particular, cada uno de ellos tiene el mismo número de módulos. Por lo tanto, los tres circuitos en serie representan fases de convertidor similares (módulos de fase). Los tres circuitos en serie de módulo 22, 520 y 523 están conectados en el ejemplo de realización en un circuito de triángulo. En otros ejemplos de realización, sin embargo, estos circuitos en serie también pueden conmutarse de manera diferente, por ejemplo, en un circuito de estrella.
En la figura 6 se muestra a modo de ejemplo una parte de otro dispositivo de compensación en serie 601. De este dispositivo de compensación en serie 601 solo se muestran las tres líneas de conexión A, B y C y el convertidor de potencia modular multinivel 603. Las tres líneas de conexión A, B y C están en contacto eléctrico con las tres líneas de fase L1, L2 y L3 de la red de transmisión de energía 3, por medio de un transformador de modo similar a la Figura 5.
El convertidor de potencia multinivel 603 presenta una primera conexión de voltaje de corriente alterna 605, una segunda conexión de voltaje de corriente alterna 607 y una tercera conexión de voltaje de corriente alterna 609. La primera conexión de voltaje de corriente alterna 605 está en contacto eléctrico con la primera línea de conexión A; la segunda conexión de voltaje de corriente alterna 607 está en contacto eléctrico con la segunda línea de conexión B y la tercera conexión de voltaje de corriente alterna 609 está en contacto eléctrico con la tercera línea de conexión C.
La primera conexión de voltaje de corriente alterna 605 está en contacto eléctrico con una primera rama de módulo de fase 611 y con una segunda rama de módulo de fase 613. La primera rama de módulo de fase 611 y la segunda rama de módulo de fase 613 forman un primer módulo de fase 615 del convertidor de potencia 603. El extremo de la primera rama de módulo de fase 611, no enfrentado a la primera conexión de voltaje de corriente alterna 605, está en contacto eléctrico con una primera conexión de corriente continua 616; el extremo de la segunda rama del módulo de fase 613, no enfrentado a la primera conexión de voltaje de corriente alterna 605, está en contacto eléctrico con una segunda conexión de voltaje de corriente continua 617. La primera conexión de voltaje de corriente continua 616 es una conexión positiva de voltaje de corriente continua; la segunda conexión de voltaje de corriente continua 617 es una conexión negativa de voltaje de corriente continua.
La segunda conexión de voltaje de corriente alterna 607 está en contacto eléctrico con un extremo de una tercera rama de módulo de fase 618 y con un extremo de una cuarta rama de módulo de fase 621. La tercera rama de módulo de fase 618 y la cuarta rama de módulo de fase 621 forman un segundo módulo de fase 624. La tercera conexión de voltaje de corriente alterna 609 está en contacto eléctrico con un extremo de una quinta rama de módulo de fase 627 y con un extremo de una sexta rama de módulo de fase 629. La quinta rama de módulo de fase 627 y la sexta rama de módulo de fase 629 forman un tercer módulo de fase 631.
El extremo de la tercera rama de módulo de fase 618, que no está enfrentado a la segunda conexión de voltaje de corriente alterna 607, y el extremo de la quinta rama de módulo de fase 627, que no está enfrentado a la tercera conexión de voltaje de corriente alterna 609, están en contacto eléctrico con la primera conexión de voltaje de corriente continua 616. El extremo de la cuarta rama de módulo de fase 621, que no está enfrentado a la segunda conexión de voltaje de corriente alterna 607 y el extremo de la sexta rama de módulo de fase 629, que no está enfrentado a la tercera conexión de voltaje de corriente alterna 609 están en contacto eléctrico con la segunda conexión de voltaje de corriente continua 617. La primera rama del módulo de fase 611, la tercera rama de módulo de fase 618 y la quinta rama del módulo de fase 627 forman una parte del convertidor de potencia de lado positivo 632; la segunda rama de módulo de fase 613, la cuarta rama de módulo de fase 621 y la sexta rama de módulo de fase 629 forman una parte del convertidor de potencia 633 de lado negativo.
Cada rama de módulo de fase tiene una pluralidad de módulos (1_1, 1_2, ... 1_n; 2_1 ... 2_n; etc.) que están conectados eléctricamente en serie (por medio de sus conexiones eléctricas). Cada rama de módulo de fase es, por lo tanto, un módulo circuito eléctrico en serie. Los módulos también se conocen como submódulos. En el ejemplo de realización de la Figura 6, cada rama de módulo de fase tiene n módulos. El número de módulos conectados eléctricamente en serie por medio de sus conexiones eléctricas puede ser muy diferente, al menos dos módulos están conectados en serie, pero también pueden estar conectados eléctricamente en serie, por ejemplo, 3, 50, 100 o más módulos. En el ejemplo de realización, n = 36: entonces, la primera rama de módulo de fase 611 tiene 36 módulos 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36. Las otras ramas de módulo de fase 613, 618, 621, 627 y 629 tienen una estructura similar.
Los módulos 1_1 a 6_n del convertidor de potencia multinivel 603 están diseñados como módulos de medio puente. Las seis ramas de módulo de fase representan en el ejemplo de realización un circuito de puente trifásico. Tal circuito de puente también se conoce como un circuito de doble estrella. La primera conexión de voltaje de corriente continua 616 y la segunda conexión de voltaje de corriente continua 617 pueden permanecer sin conmutar en el ejemplo de realización. Sin embargo, la primera conexión de voltaje de corriente continua 616 y la segunda conexión de voltaje de corriente continua 617 también se pueden conectar eléctricamente a un acumulador de energía 640, que puede suministrar energía eléctrica al convertidor de potencia multinivel si es necesario. Este acumulador de energía 640 opcional se representa trazado a rayas en la Figura 6. Entre la primera conexión de voltaje de corriente continua 616 y la segunda conexión de voltaje de corriente continua 617 hay un voltaje de corriente continua proporcionado por el acumulador de energía 640. El acumulador de energía 640 permite la alimentación de potencia activa en la red de transmisión de energía (y no solo una alimentación de potencia reactiva) por medio del convertidor de potencia modular multinivel.
En la figura 7 se muestra a modo de ejemplo una parte de otro dispositivo de compensación en serie 701. Este dispositivo de compensación en serie 701 difiere del dispositivo de compensación en serie 601 que se muestra en la figura 6 solo en que el convertidor de potencia multinivel 703 presenta módulos de puente completo (en lugar de módulos de medio puente como en la figura 6). Por lo demás, el dispositivo de compensación en serie 701 está construido de la misma manera.
En la figura 8 se muestra con más detalle un ejemplo de realización del acumulador de energía 640 opcional. El acumulador de energía 640 presenta una pluralidad de unidades de acumulador de energía 803 interconectadas entre sí. En el ejemplo de realización, estas unidades de acumulador de energía 803 están en contacto eléctrico en serie para formar circuitos en serie de unidades de acumulador de energía. Tres de estos circuitos en serie de unidades de acumulador de energía están conectadas en paralelo y forman el acumulador de energía 640. Las conexiones en serie de unidades de acumulador de energía están respectivamente en contacto eléctrico con una conexión positiva de acumulador de energía 806 y con una conexión negativo de acumulador de energía 808.
La representación esquemática de la figura 8 debe entenderse sólo a modo de ejemplo. Por supuesto, en otros acumuladores de energía, otros números de unidades de acumulador de energía 803 pueden conectarse en serie o en paralelo. Al conectar las unidades de acumulador de energía en serie a los circuitos en serie de las unidades de acumulador de energía, es posible proporcionar altos voltajes por medio del acumulador de energía 640. Al conectar en paralelo los tres circuitos en serie de unidades de acumulador de energía, es posible proporcionar grandes fuerzas de corriente por medio del acumulador de energía 640. Las unidades de acumulador de energía 803 pueden ser básicamente cualquier unidad de acumulador de energía eléctrica, en particular condensadores o baterías. En particular, los llamados supercondensadores (supercaps) se pueden utilizar como condensadores.
En la figura 9, la secuencia de un procedimiento de compensación en serie para una red de transmisión de energía eléctrica 3 se muestra a modo de ejemplo. Se llevan a cabo los siguientes pasos del procedimiento: paso del procedimiento 910: Por parte del convertidor de potencia modular multinivel 13 se genera un voltaje que cambia periódicamente en el tiempo.
Paso del procedimiento 920: el voltaje que cambia periódicamente en el tiempo se aplica al bobinado secundario 10 del transformador 7.
Paso del procedimiento 930: el transformador 7 transforma esta tensión sobre un bobinado primario 4. Paso del procedimiento 940: Por medio del bobinado primario 4, se alimenta/se aplica el voltaje en serie transformado a la línea de fase L1 de la red de transmisión de energía 3.
Con el dispositivo de compensación en serie descrito pueden compensarse las líneas de fase ventajosamente largas de las redes de transmisión de energía. Con el dispositivo de compensación en serie, que presenta el convertidor de potencia multinivel (a diferencia de un condensador en serie controlado por tiristores TCSC) se puede operar en el rango de impedancia inductiva casi completo. En particular, de este modo se permite un control de flujo de carga en la red de transmisión de energía en un amplio rango de potencia. Además, con el dispositivo de compensación en serie es posible amortiguar las vibraciones no deseadas en la red de transmisión de energía (Resonancias Sub­ Sincrónicas SSR). Además, ventajosamente es posible llevar a cabo la llamada Power Oscillation Dumping (POD o amortiguación de oscilación de potencia) en la red de transmisión de energía mediante el dispositivo de compensación en serie. A diferencia de la conexión de componentes pasivos individuales del condensador a la red de transmisión de energía, el dispositivo de compensación en serie descrito impide excitar los puntos de resonancia en la red y, por lo tanto, causar SSR no deseadas. Además, el dispositivo de compensación en serie puede incluso atenuar SSR que han sido causadas por otros condensadores en serie conectados a la red. Tal amortiguación de SSR es a menudo deseada y, por lo tanto, es una propiedad particularmente ventajosa del dispositivo de compensación en serie.
Con el convertidor de potencia modular multinivel pueden generarse ventajosamente casi cualquier diagrama de voltaje y aplicarse por medio del transformador a la red de transmisión de energía 3. Teóricamente, también sería posible utilizar convertidores de potencia de tres niveles en lugar del convertidor de potencia multinivel y conectar varios de estos convertidores de tres niveles en serie. Esto también resultaría en un mayor número de niveles, pero este concepto alcanza sus límites con un alto número de niveles. Además, en el caso de un tal circuito en serie de un convertidor de potencia de tres niveles, la construcción no sería lineal, ya que el número de conmutación en serie de los diodos del convertidor de tres niveles depende del número de niveles del circuito en serie total. Esto significa que este diseño no tendría ningún módulo universalmente aplicable, sino que los convertidores de potencia de tres niveles especialmente desarrollados tendrían que conectarse en serie respectivamente dependiendo de los requisitos. Además, en este concepto, un aumento en el número de niveles conduciría a un aumento en el número de condensadores en el circuito intermedio de corriente continua de los convertidores de potencia de tres niveles. En tal caso, el control y el equilibrio energético también serían extraordinariamente complicados. Estos problemas se evitan mediante el uso de un convertidor de potencia modular multinivel en el dispositivo de compensación en serie.
Se ha descrito un dispositivo de compensación en serie y un procedimiento de compensación en serie que pueden adaptarse de forma flexible a diferentes requisitos y con los que las redes de transmisión de energía se pueden compensar en serie, de modo flexible y rentable.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de compensación en serie (1) para una red de transmisión de energía eléctrica (3)
- con un transformador (7), en donde un bobinado primario (4) del transformador (7) es conmutable en serie en una línea de fase (L1) de la red de transmisión de energía (3), y
- con un convertidor de potencia modular multinivel (13), que presenta una gran cantidad de módulos (1_1 ... 1_n) que forman un módulo circuito eléctrico en serie (22),
- en donde el convertidor de potencia modular multinivel (13) está en contacto con un bobinado secundario (10) del transformador (7), caracterizado porque
- el convertidor de potencia modular multinivel (603) presenta una conexión de tensión de corriente continua, y la conexión de tensión de corriente continua está conectada con un acumulador de energía (640), por lo que el convertidor de potencia modular multinivel está configurado para alimentar no sólo potencia reactiva sino también potencia activa a la red de transmisión de energía, y
- el acumulador de energía (640) presenta una pluralidad de unidades de acumulador de energía (803) interconectadas entre sí que están en contacto eléctrico directamente en serie para formar circuitos en serie de unidades de acumulador de energía, en cuyo caso una pluralidad de dichos circuitos en serie de unidades de acumulador de energía se conecta en paralelo.
2. Dispositivo de compensación en serie según la reivindicación 1,
caracterizado porque
- el transformador (7) presenta además un segundo bobinado primario (506), un tercer bobinado primario (512), un segundo bobinado secundario (509) y un tercer bobinado secundario (515), en donde el segundo bobinado primario (506) es conmutable en serie en una segunda línea de fase (L2) de la red de transmisión de energía (3) y el tercer bobinado primario (512) es conmutable en serie en una tercera línea de fase (L3) de la red de transmisión de energía (3), el bobinado secundario (10), el segundo bobinado secundario (509) y el tercer bobinado secundario (515) están conectados en un circuito de triángulo,
- el convertidor de potencia modular multinivel (13) presenta tres circuitos en serie de módulo (22, 520, 523) que forman un circuito de triángulo, y
- el circuito de triángulo de los bobinados secundarios está conectado con el circuito de triángulo de los circuitos en serie de módulo.
3. Dispositivo de compensación en serie según la reivindicación 1,
caracterizado porque
- el convertidor de potencia modular multinivel (603) presenta seis circuitos en serie de módulo (611,613, 618, 621, 627, 629) que forman un circuito de puente.
4. Dispositivo de compensación en serie según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
- cada uno de los módulos presenta al menos dos elementos electrónicos de conmutación (202, 206) y un módulo acumulador eléctrico de energía (210).
5. Dispositivo de compensación en serie según la reivindicación 4,
caracterizado porque
- los dos elementos electrónicos de conmutación (202, 206) de los módulos están dispuestos en un circuito de medio puente, o
- cada uno de los módulos presenta los dos elementos electrónicos de conmutación (202, 206) y otros dos elementos electrónicos de conmutación (302, 306), en cuyo caso los dos elementos electrónicos de conmutación (202, 206) y los dos elementos electrónicos de conmutación adicionales (302, 306) están dispuestos en un circuito de puente completo.
6. Dispositivo de compensación en serie según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
- las unidades de acumulador de energía (803) son condensadores y/o baterías.
7. Dispositivo de compensación en serie según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque
- un dispositivo de control (28) que está configurado para controlar el convertidor de potencia multinivel (13) de modo que el convertidor de potencia multinivel (13) genere un voltaje que cambia periódicamente en el tiempo.
8. Procedimiento de compensación en serie para una red de transmisión de energía eléctrica (3) con un dispositivo de compensación en serie (1) según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que
- un convertidor de potencia modular multinivel (13) genera una tensión que cambia periódicamente en el tiempo, - esta tensión se aplica a un bobinado secundario (10) de un transformador (7),
- el transformador transforma esta tensión sobre un bobinado primario (4), y
- por medio del bobinado primario (4), el voltaje transformado se aplica en serie en una línea de fase (L1) de la red de transmisión de energía (3).
ES17764352T 2017-08-31 2017-08-31 Dispositivo de compensación en serie Active ES2929746T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2017/071843 WO2019042551A1 (de) 2017-08-31 2017-08-31 Serienkompensationseinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2929746T3 true ES2929746T3 (es) 2022-12-01

Family

ID=59811297

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES17764352T Active ES2929746T3 (es) 2017-08-31 2017-08-31 Dispositivo de compensación en serie

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20200274359A1 (es)
EP (1) EP3656032B1 (es)
ES (1) ES2929746T3 (es)
PT (1) PT3656032T (es)
WO (1) WO2019042551A1 (es)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429644B (zh) 2019-07-31 2021-08-20 华为技术有限公司 逆变装置及供电系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106452136B (zh) * 2016-06-20 2019-04-02 清华大学 一种用于能源互联网的多端口电力电子变换器
CN106451466B (zh) * 2016-11-01 2019-01-18 辽宁工程技术大学 基于统一电能质量调节器的电网电能质量控制系统及方法

Also Published As

Publication number Publication date
PT3656032T (pt) 2022-10-24
EP3656032A1 (de) 2020-05-27
US20200274359A1 (en) 2020-08-27
WO2019042551A1 (de) 2019-03-07
EP3656032B1 (de) 2022-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9362848B2 (en) Hybrid AC/DC converter for HVDC applications
KR101670309B1 (ko) 컨버터
US10396686B2 (en) Converter including multiple controllable two-pole submodules connected in series
US8837176B2 (en) Converter with reactive power compensation
EP2460264B1 (en) Configurable hybrid converter circuit
KR101594013B1 (ko) 컨버터
US9344010B2 (en) Power electronic converter
US10243370B2 (en) System and method for integrating energy storage into modular power converter
WO2011098117A1 (en) Converter for high voltage dc dc transmission
CA2791082A1 (en) Static var compensator with multilevel converter
US10693388B2 (en) Power converter
US20160352239A1 (en) Power electronic converter
US20160141962A1 (en) Converter
WO2013149633A9 (en) A power converter
ES2929746T3 (es) Dispositivo de compensación en serie
KR20210004589A (ko) 멀티 레벨 컨버터
EP3020126A2 (en) Dc to dc converter assembly
US10985671B2 (en) Alternate arm converter
US10468884B2 (en) Device and method for controlling a load flow in an alternating-voltage network
WO2015063108A1 (en) Dc to dc converter assembly
EP3297149B1 (en) Parallel-connected converter assembly
CN105359403A (zh) 变换器
US20240055865A1 (en) Controller for power electronic device
EP2828967B1 (en) Power electronic converter