ES2934254T3

ES2934254T3 - Sistema de generación de energía y método

Info

Publication number: ES2934254T3
Application number: ES18717398T
Authority: ES
Inventors: Matthias Baechle; Rudolf Wieser; Peter Al-Hokayem; Eduardo Rohr
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2023-02-20
Anticipated expiration: 2038-04-20
Also published as: WO2018193106A1; US10855215B2; PL3613137T3; FI3613137T3; CN110771032A; EP3613137A1; US20200052629A1; EP3393036A1; EP3613137B1

Abstract

La invención se refiere a un sistema de generación de energía que comprende un generador síncrono (3) para convertir energía mecánica en energía eléctrica en un lado de salida configurado para conectar una red eléctrica de CA (1), un primer rectificador (12) y un segundo rectificador (13).) cada uno con un lado de CA (14) conectado al lado de salida del generador (3) y un lado de CC (15), un excitador (9) configurado para excitar el, y un dispositivo selector (18) que tiene un lado de entrada (17) y un lado de salida (19), el lado de entrada (17) conectado al lado de CC (15) del primer rectificador (12) y al lado de CC (15) del segundo rectificador (13) y el lado de salida (19) conectado al excitador (9),por lo que el dispositivo selector (18) está configurado para cambiar los lados de CC (15) en serie o en paralelo o para transmitir energía de CC desde el primer rectificador (12) y el segundo rectificador (13) correspondiente a una relación de división arbitraria a la salida lado (19). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de generación de energía y método

Campo técnico

La invención se refiere a un sistema de generación de energía que comprende un generador síncrono para convertir energía mecánica en energía eléctrica y que comprende un bobinado de campo, un transformador elevador conectado al generador y configurado para conectar una red eléctrica de CA de manera que el transformador elevador esté conectado en serie entre el generador y la red, y un excitador configurado para excitar el generador alimentando potencia de CC al bobinado de campo.

Antecedentes de la técnica

Los generadores síncronos son una fuente importante de energía eléctrica comercial y se usan comúnmente para convertir la salida de potencia mecánica de las turbinas de vapor, las turbinas de gas, los motores alternativos o las turbinas hidráulicas en energía eléctrica que alimente una red. Los generadores síncronos generalmente comprenden un rotor dispuesto en un centro del generador que contiene un imán, mediante el cual un estátor está conectado eléctricamente a una carga, como la red. El imán genera un campo magnético que hace que el rotor y, por lo tanto, el campo magnético giren con la misma velocidad, lo que induce corriente en una armadura estacionaria. A menudo, el síncrono se conecta a la red a través de un transformador elevador y un bobinado de campo del generador se alimenta a través de un excitador. Un regulador controla la potencia mecánica de un motor primario que hace girar el rotor del generador, el cual, a su vez, recibe corriente continua de campo. El excitador generalmente extrae la energía de CA recibida de la red a través de un transformador reductor y proporciona potencia de CC al bobinado de campo del generador síncrono.

En condiciones normales de operación, la tensión de la armadura/del estátor es uno por unidad. Sin embargo, la red puede experimentar una variedad de fallos individuales o múltiples de línea a línea o de línea a tierra que resultan en una gran caída de la tensión en las terminales. Cuando esta caída se produce en los terminales del generador, esta afecta a la tensión en una entrada del transformador reductor y resulta en una caída de potencia en los terminales de salida del excitador que alimenta el bobinado de campo del generador síncrono. Si dicho fallo dura un periodo relativamente largo, el generador puede perder la sincronía y la instalación de energía que comprende el generador se apaga, lo que resulta en una fluctuación a gran escala en la red y en grandes pérdidas financieras.

El documento WO 2014/032668 A1 describe un sistema de conexión para conectar un generador de energía a un sistema de energía eléctrica de CC. Un primer rectificador está conectado en paralelo a un segundo rectificador. El primer rectificador o el segundo rectificador rectificarán solo si una tensión excede un equivalente de CA de una tensión de enlace de CC.

El documento CN 102185550 A muestra un aerogenerador conectado a una red eléctrica. Un excitador tiene un bobinado de excitación que es excitado por un controlador de excitación que tiene una fuente de energía dedicada.

Sumario de la invención

Por lo tanto, un objeto de la invención consiste en proporcionar un sistema de generación de energía y un método respectivo para extender la duración de la operación de un fallo en la red de una instalación de energía.

El objeto de la invención se resuelve mediante las características de las reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas aparecen descritas en las reivindicaciones dependientes.

De este modo, el objeto se resuelve mediante un sistema de generación de energía que comprende un generador síncrono para convertir la potencia mecánica en energía eléctrica, proporcionado en un lado de salida configurado para conectar una red eléctrica de CA, al menos dos rectificadores, incluidos un primer rectificador y un segundo rectificador, teniendo cada uno un lado de CA conectado al transformador elevador y un lado de CC, un excitador configurado para excitar el generador y un dispositivo selector que tiene un lado de entrada y un lado de salida, el lado de entrada conectado a los lados de CC de los al menos dos rectificadores y el lado de salida conectado al excitador, de modo que el dispositivo selector está configurado para conmutar el lado de CC en serie o en paralelo y para transmitir potencia de CC desde los al menos dos rectificadores en correspondencia con una relación de división arbitraria al lado de salida.

Por lo tanto, un punto clave de la invención es que el sistema de generación de energía es capaz de aumentar la tensión disponible para el excitador, por ejemplo, cambiando los lados de CC en serie, duplicando así la tensión, sin que sea necesaria una segunda fuente de energía eléctrica, como baterías o condensadores. En otras palabras, el sistema de generación de energía permite reconfigurar dinámicamente la topología de un sistema de excitación que comprende el primer rectificador, el segundo rectificador, el excitador y el dispositivo selector en línea durante una caída de tensión en las terminales del generador, es decir, durante un denominado hueco de tensión, LVRT, por sus siglas en inglés. De este modo, el sistema de generación de energía puede aumentar las capacidades de tensión del sistema de excitación durante caídas severas de tensión en la red debidas a varios tipos de fallos, asegurando así que el sistema de excitación cumpla con los requisitos del código de red.

Durante condiciones normales de operación, los lados de CC como salidas del primer rectificador y el segundo rectificador se pueden conectar en paralelo. Durante las condiciones de LVRT, el dispositivo selector puede conectar las salidas del primer rectificador y un segundo rectificador en serie, aumentando así una tensión de salida total disponible para el bobinado de campo a través del excitador. Al tener al menos dos rectificadores, es decir, el primer rectificador y el segundo rectificador, puede lograrse una operación redundante, así como ahorrar significativamente en los costes y en los espacios requeridos, en comparación con las soluciones de la técnica anterior, que requieren una segunda fuente de energía eléctrica. La solución propuesta tiene la ventaja adicional de que las instalaciones existentes se pueden actualizar fácilmente, ya que el hardware adicional requerido para el segundo rectificador y el excitador solo requiere un volumen bajo.

En resumen, el sistema de generación de energía está caracterizado por una gran flexibilidad en el diseño de un transformador elevador y los rectificadores para una operación continua, por ejemplo, en caso de operación redundante, o para una operación de corta duración, por ejemplo, en caso de que solo se desee un aumento de tensión durante los LVRT. El sistema de excitación propuesto puede aplicarse tanto a sistemas de excitación directa como a sistemas de excitación indirecta, con o sin fuente externa. Por ejemplo, se puede conectar una caja adicional a un sistema de excitación existente que proporcione un refuerzo de tensión adicional al cambiar los lados de CC de los rectificadores en paralelo durante los fallos, mientras está en modo de espera en condiciones normales de operación. Aparte de que la solución propuesta es muy atractiva para escenarios de retroadaptación, también permite reducir los casos en los que un sistema de excitación existente está sobredimensionado para manejar periodos más largos de condiciones de huecos de tensión.

El generador síncrono se puede proporcionar como cualquier generador síncrono conocido de la técnica anterior, por ejemplo, como generador de imanes permanentes, en donde un campo magnético de un rotor se produce mediante imanes permanentes. Otros tipos adecuados de generadores pueden usar electroimanes para producir un campo magnético en el bobinado del rotor, en donde la corriente continua en un bobinado de campo del rotor la proporciona un excitador sin escobillas en el mismo eje. El transformador elevador se proporciona preferiblemente como un transformador conocido de la técnica anterior, preferiblemente como el denominado transformador de potencia de tensión media (en inglés, MV). La red de CA tiene, por ejemplo, una tensión de 110 kV.

Transmitir energía desde el primer rectificador y el segundo rectificador en correspondencia con una relación de división arbitraria al lado de salida puede implicar ajustar un punto de referencia operativo del primer rectificador en relación con un punto de referencia operativo del segundo rectificador de acuerdo con la relación de división. En un caso ilustrativo de rectificadores a base de tiristores, como puentes rectificadores de tiristores, el punto de referencia operativo respectivo se puede ajustar ajustando el ángulo de disparo del rectificador correspondiente. Un ángulo de disparo generalmente se refiere a un ciclo de tensión o corriente en el lado de CA del rectificador. Por ejemplo, el ángulo de disparo del primer rectificador puede configurarse para proporcionar dos partes de una potencia total a suministrar, y el ángulo de disparo del segundo rectificador puede configurarse para proporcionar tres partes de la potencia total a suministrar, lo que resulta en una relación de división de 2:3. De la misma forma, se pueden obtener otras relaciones de división. El ajuste del punto de referencia operativo, como el ángulo de disparo en el caso de un rectificador a base de tiristores, se puede extender a configuraciones que tienen más de dos rectificadores, es decir, transmitir potencia desde la pluralidad de rectificadores en correspondencia con una relación de división arbitraria al lado de salida puede implicar el ajuste de los puntos de referencia de operaciones de los respectivos rectificadores entre sí de acuerdo con la relación de división. Como ejemplo adicional y como alternativa a una configuración que incluye rectificadores, cada uno de estos tiene una configuración a base de tiristores, como puentes rectificadores de tiristores, un rectificador puede configurarse como fuente de tensión y uno o más rectificadores adicionales pueden configurarse como puentes rectificadores de tiristores. La fuente de tensión puede agotarse (p. ej., apagarse) después de que haya transcurrido una cantidad de tiempo predeterminada o ajustable, lo que resulta en una relación de división arbitraria correspondiente a la cantidad de tiempo.

Transmitir potencia desde el primer rectificador y el segundo rectificador en correspondencia con la relación de división hasta el lado de salida, por ejemplo, con una relación de división de 2:3, significa que dos partes de la potencia de CC son suministradas por el primer rectificador y tres partes de la potencia de CC son suministradas por el segundo rectificador al excitador. En una realización adicional, se proporcionan más de dos rectificadores, teniendo cada uno un lado de CA conectado al transformador elevador y el lado de CC, en donde el lado de entrada del dispositivo selector está conectado a los lados de CC de los rectificadores y el dispositivo selector está configurado para conmutar, conectando respectivamente los lados de CC de todos los rectificadores en serie o en paralelo y para transmitir potencia desde los rectificadores en correspondencia con una relación dividida al lado de salida. De este modo, por ejemplo, con tres rectificadores, la relación de división podría ser 3:1:1. Generalmente, la relación de división puede ser [r1 :r2:r3], donde r1, r2 y r3 podrían ser, cada uno, un número real para hacer posible la división en la inyección de energía (incluso la extracción) de forma arbitraria. La división de la potencia de acuerdo con la relación de división se realiza preferiblemente controlando respectivamente los rectificadores, preferiblemente cuando ambos rectificadores están conectados en serie.

De acuerdo con una realización preferida, el sistema de generación de energía comprende un transformador elevador conectado al lado de salida del generador y configurado para conectar la red eléctrica de CA, de manera que el transformador elevador esté conectado en serie entre el generador y la red, un primer transformador reductor conectado en serie entre los lados de CA de los al menos dos rectificadores y el transformador elevador, un primer transformador reductor conectado en serie entre los lados de CA de al menos uno de los al menos dos rectificadores y el transformador elevador y un segundo transformador reductor conectado en serie entre el lado de CA de al menos otro de los al menos dos rectificadores y un transformador elevador, o un primer transformador reductor conectado en serie entre el lado de CA de al menos uno de los al menos dos rectificadores y el transformador elevador y un segundo transformador reductor conectado en serie entre los lados de CA de al menos dos rectificadores. El segundo transformador reductor puede tener las mismas tensiones de entrada y salida y, por lo tanto, se usa para el aislamiento galvánico.

Con la segunda alternativa descrita anteriormente, tener dichos dos transformadores reductores dispuesto cada uno en serie con un rectificador respectivo y dispuesto en paralelo entre el dispositivo selector y el transformador elevador significa que se proporciona un transformador reductor individual para cada convertidor rectificador con su lado primario conectado preferiblemente al estátor/a la armadura del generador. La tercera alternativa utiliza el primer transformador reductor como transformador principal que suministra tensión desde el estátor/armadura del generador a ambos rectificadores, complementados con un transformador adicional, es decir, el segundo transformador reductor dispuesto entre los dos rectificadores, en donde dicho segundo transformador reductor proporciona aislamiento galvánico entre los dos convertidores rectificadores. Preferiblemente, el segundo transformador reductor de la tercera alternativa comprende una relación de tensión de 1:1, si bien también son posibles proporciones alternativas.

De acuerdo con una realización preferida adicional, el transformador reductor y/o el segundo transformador reductor se proporciona como un solo transformador con bobinados secundarios aislados, está provisto o no de un esquema de desfase y/o comprende una conexión en triángulo Y. Se prefiere, además, que el primer transformador reductor y/o el segundo transformador reductor estén conectados con su lado primario a un estátor o a una armadura del generador. De esta forma, el primer rectificador y/o el segundo rectificador pueden ser alimentados con tensión alterna a través del primer transformador reductor y/o el segundo transformador reductor conectado al estátor o a la armadura del generador.

De acuerdo con otra realización preferida, al menos uno de los al menos dos rectificadores se proporciona como un puente rectificador de tiristores, comprenden un dispositivo de almacenamiento conectado en serie con al menos uno de los al menos dos rectificadores y/o están galvánicamente aislados entre sí. Preferiblemente, el dispositivo de almacenamiento se proporciona como una batería o un condensador.

De acuerdo con otra realización preferida, al menos uno de los al menos dos rectificadores comprende una pluralidad de puentes rectificadores de tiristores trifásicos conectados en serie y/o en paralelo. Preferiblemente, el primer rectificador y/o el segundo rectificador comprenden un inversor de tiristores, un rectificador de diodo direccional o comprenden un dispositivo semiconductor de autoconmutación, como un IGBT dispuesto en paralelo a un rectificador de diodo. Además, el primer rectificador y/o el segundo rectificador pueden implementarse utilizando cualquier medio conocido de la técnica anterior para rectificar corriente alterna a corriente continua, por ejemplo, como un rectificador de diodo de seis pulsos.

Como se ha descrito anteriormente, el primer rectificador y el segundo rectificador se proporcionan preferiblemente como puentes rectificadores de tiristores trifásicos. En tal caso, de acuerdo con otra realización preferida, cada lado de CC comprende una primera línea en un primer potencial y una segunda línea en un segundo potencial, en donde el segundo potencial es menor que el primer potencial, el dispositivo selector comprende un conmutador dispuesto entre una segunda línea del primer rectificador y la primera línea del segundo rectificador, y la segunda línea del primer rectificador está conectada con la segunda línea del segundo rectificador al excitador y la primera línea del segundo rectificador está conectada con la primera línea del primer rectificador al excitador. El primer potencial se proporciona preferiblemente como un potencial positivo, en donde el segundo potencial se proporciona preferiblemente como un potencial negativo.

De esta forma, dos puentes de tiristores se alimentan con tensión alterna proporcionada preferiblemente a través de uno o más transformadores reductores conectados a los terminales del estátor del generador. Durante una operación normal, el conmutador está preferiblemente abierto y al menos un convertidor, es decir, al menos uno de los dos rectificadores, está en operación para proporcionar corriente continua a través del excitador, por ejemplo, a un bobinado de rotor o sin escobillas. Durante dicha operación normal, el otro convertidor, es decir, el otro rectificador, puede usarse para compartir la corriente, por ejemplo, para un rectificador de equilibrio de carga o como un rectificador convertidor de refuerzo, respectivamente.

De acuerdo con una realización adicional a este respecto, el dispositivo selector comprende un primer diodo y un segundo diodo, y la segunda línea del primer rectificador está conectada a través del primer diodo dispuesto en dirección de bloqueo con la segunda línea del segundo rectificador al excitador, y la primera línea del segundo rectificador está conectada a través del segundo diodo dispuesto en dirección hacia adelante con la primera línea del primer rectificador al excitador. De tal forma, cuando el conmutador se cierra, el primer diodo y el segundo diodo entrarán en un estado de bloqueo, de manera que aumente la tensión de salida total disponible para excitar el generador, lo cual es particularmente ventajoso durante una condición de LVRT.

En una realización alternativa a este respecto, el dispositivo selector comprende un primer disyuntor y un segundo disyuntor, y la segunda línea del primer rectificador está conectada a través del primer disyuntor con la segunda línea del segundo rectificador al excitador y la primera línea del segundo rectificador está conectada a través del segundo disyuntor con la primera línea del primer rectificador al excitador. Preferiblemente, el primer disyuntor y/o el segundo disyuntor están dispuestos en paralelo al primer diodo y/o al segundo diodo para derivar el diodo respectivo. Proporcionar un disyuntor tiene la ventaja de reducir las pérdidas por conducción durante la operación normal.

De acuerdo con otra realización preferida, el conmutador se proporciona como un conmutador eléctrico, un conmutador mecánico, un disyuntor mecánico y/o un conmutador semiconductor, por ejemplo, que comprenda un IGBT, lo que permite una implementación fácil y rentable.

Como se ha indicado brevemente antes, el generador se puede proporcionar de diferentes maneras. De acuerdo con una realización especialmente preferida, el generador comprende una máquina principal y el excitador comprende un rotor con bobinas de campo o sin escobillas para excitar la máquina principal. En otra realización preferida, el generador síncrono comprende un bobinado de campo y el excitador, que está configurado para excitar el generador alimentando el bobinado de campo con potencia de CC. En una realización aún más preferida, el generador comprende un rotor, un estátor y un motor primario que hace girar el rotor, el transformador reductor está conectado al estátor y el sistema de generación de energía comprende un regulador conectado al generador y configurado para controlar la potencia mecánica del motor primario.

En otra realización preferida, el dispositivo selector está configurado para transmitir o intercambiar energía desde el primer rectificador y el segundo rectificador en correspondencia con la relación de división hacia el lado de salida, en donde la relación de división es 1:3, 1:4, 1:5 o 1:6. Además, la relación de división podría ser [1 :r], donde r es un número real para hacer posible la división en la inyección de energía (incluso la extracción) de forma arbitraria. De esta forma, se puede implementar una funcionalidad de reparto de carga dividiendo la relación de potencia de CC proporcionada por el primer rectificador y el segundo rectificador de acuerdo con la relación dada. Para una operación redundante, con una relación de división de 1:1, un circuito magnético del primer transformador reductor y/o del segundo transformador reductor está diseñado preferiblemente para condiciones de carga nominal.

El objeto de la invención se resuelve, además, mediante un método para extender la operación durante un sistema de generación de energía, que comprende un generador síncrono para convertir la potencia mecánica en energía eléctrica, proporcionado en un lado de salida configurado para conectarse a una red eléctrica de CA, al menos dos rectificadores, incluidos un primer rectificador y un segundo rectificador, teniendo cada uno un lado de CA conectado al transformador elevador y un lado de CC, un excitador configurado para excitar el generador con potencia de CC, y un dispositivo selector que tiene un lado de entrada y un lado de salida, el lado de entrada conectado a los lados de CC de los al menos dos rectificadores y el lado de salida conectado al excitador, en donde el método comprende la etapa de: conmutar, mediante el dispositivo selector, los lados de CC en serie o en paralelo y transmitir potencia de CC desde los al menos dos rectificadores en correspondencia con una relación de división arbitraria al lado de salida.

De acuerdo con una realización preferida adicional, el método comprende un transformador elevador conectado al generador y configurado para conectarse a la red eléctrica de CA, de manera que el transformador elevador esté conectado en serie entre el generador y la red, un primer transformador reductor conectado en serie entre los lados de CA y el transformador elevador, un primer transformador reductor conectado en serie entre el lado de CA de al menos uno de los al menos dos rectificadores y el transformador elevador y un segundo transformador reductor conectado en serie entre el lado de CA de al menos otro de entre el rectificador y el transformador elevador, o un primer transformador reductor conectado en serie entre el lado de CA de al menos uno de los al menos dos rectificadores y el transformador elevador y un segundo transformador reductor conectado en serie entre los lados de CA de los al menos dos rectificadores.

El experto en la materia obtendrá otras realizaciones y ventajas del método de forma análoga al sistema de generación de energía descrito anteriormente. El método permite aumentar ventajosamente la tensión disponible para el excitador sin que sea necesaria una segunda fuente de energía eléctrica, como baterías o condensadores. El primer rectificador y el segundo rectificador se pueden usar ventajosamente para una operación redundante y el aumento de tensión durante un hueco de tensión, reduciendo así significativamente el coste y los requisitos de espacio en comparación con los métodos de la técnica anterior.

Breve descripción de los dibujos

Estos y otros aspectos de la invención serán evidentes y se aclararán con referencia a las realizaciones descritas a continuación.

En los dibujos:

la figura 1 muestra un sistema de generación de energía de acuerdo con una realización preferida de la invención en una vista esquemática,

la figura 2 muestra un primer rectificador y un segundo rectificador con un dispositivo selector del sistema de generación de energía de acuerdo con la realización preferida de la invención en una vista esquemática,

la figura 3 muestra un sistema de generación de energía de acuerdo con otra realización de la invención en una vista esquemática,

la figura 4 muestra un sistema de generación de energía de acuerdo con una realización adicional de la invención en una vista esquemática y

la figura 5 muestra el primer rectificador en otra realización preferida de la invención en una vista esquemática.

Descripción de las realizaciones

La figura 1, la figura 3 y la 4 muestran cada una un sistema de generación de energía de acuerdo con las realizaciones preferidas de la invención en vistas esquemáticas. Una red eléctrica de CA 1 está conectada a través de un transformador de potencia elevador 2 a un generador síncrono 3. El generador 3 comprende un rotor 4, un estátor 5 y un motor primario 6, el cual hace girar el rotor 4. El transformador reductor 2 está conectado al estátor 4. Se proporciona un regulador 7 para controlar la potencia mecánica del motor primario 6. El generador 3 comprende, además, un bobinado de campo 8, que puede ser alimentado con potencia de CC por un excitador 9 para excitar el generador 3. Como alternativa o de manera adicional, el generador 3 comprende una máquina principal 10 y el excitador 9 comprende un rotor con bobinas de campo o sin escobillas 11 para excitar la máquina principal 10.

Se proporcionan un primer rectificador 12 y un segundo rectificador 13, teniendo cada uno un lado de CA 14 y un lado de CC 15. El lado de CA 14 del primer rectificador 12 y del segundo rectificador 13 están conectados a través de un primer transformador reductor 16 al transformador elevador 2, respectivamente al generador 3. Ambos lados de CC 15 del primer rectificador 12 y del segundo rectificador 13 están conectados a un lado de entrada 17 de un dispositivo selector 18. Un lado de salida 19 del dispositivo selector 18 está conectado al excitador 9.

El dispositivo selector 18, por ejemplo, proporcionado como un conmutador, está configurado para cambiar los lados de CC 15 en serie o en paralelo al lado de salida 19. Asimismo, el dispositivo selector 18 está configurado para transmitir potencia de CC desde el primer rectificador 12 y el segundo rectificador 13 en correspondencia con una relación de división al lado de salida 19. Con la relación de división de 1:2 ilustrativa, la potencia de CC proporcionada al excitador 9 origina un tercio del primer rectificador 12 y dos tercios del segundo rectificador 13.

Durante condiciones normales de operación, los lados de CC del primer rectificador 12 y el segundo rectificador 13 pueden conectarse en paralelo mediante el dispositivo selector 18, de manera que el excitador 9 se alimenta con potencia de CC que tiene una tensión determinada, por ejemplo, cada 1000 V de CC proporcionados por el primer rectificador 12 y un segundo rectificador 13. Sin embargo, durante un hueco de tensión, LVRT, por sus siglas en inglés, el dispositivo selector 18 puede conectar los lados de CC 15 del primer rectificador 12 y un segundo rectificador 13 en serie, aumentando así la tensión de la potencia de CC suministrada al excitador de 9 a 2000 V de CC de acuerdo con el presente ejemplo. De este modo, la conexión de los lados de CC 15 en paralelo durante un hueco de tensión relativamente largo evita que el generador 13 pierda la sincronía e igualmente evita que una instalación de energía conectada al generador 13 se apague, lo que resulta en una fluctuación de gran habilidad en la red 1 y en las respectivas grandes pérdidas económicas.

La figura 2 muestra una realización ilustrativa del primer rectificador 12, el segundo rectificador 13 y el dispositivo selector 18. Tanto el primer rectificador 12 como el segundo rectificador 13 se proporcionan como un puente rectificador de tiristores trifásico 20. Si bien no se muestra, una pluralidad de puentes rectificadores de tiristores trifásicos 20 conectados en serie y/o en paralelo se pueden proporcionar como el primer rectificador 12 y el segundo rectificador 13, respectivamente. Cada lado de CC 15 comprende una primera línea 21 en un primer potencial, respectivamente en un potencial positivo, y una segunda línea 22 en un segundo potencial, respectivamente en un potencial negativo.

El dispositivo selector 18 comprende un primer diodo 23, un segundo diodo 24 y un conmutador 25. El conmutador 25 está dispuesto entre la segunda línea 22 del primer rectificador 12 y la primera línea 21 del segundo rectificador 13. La segunda línea 22 del primer rectificador 12 está conectada, además, a través del primer diodo 23 dispuesto en dirección de bloqueo con la segunda línea 22 del segundo rectificador 13 al excitador 9. Asimismo, la primera línea 21 del segundo rectificador 13 está conectada a través del segundo diodo 24 dispuesto en dirección hacia adelante con la primera línea 21 del primer rectificador al excitador 9.

De tal forma, durante una operación normal, el conmutador 25 está abierto y al menos un convertidor, es decir, al menos el primer rectificador 12 o el segundo rectificador 13, está en operación y proporciona una corriente continua al excitador 9. Específicamente, en caso de que el primer rectificador 12 se utilice para proporcionar corriente continua o potencia de CC al excitador 9, el segundo rectificador 13 se puede utilizar para compartir la corriente continua o como unidades de refuerzo. Sin embargo, durante una condición de LVRT, el conmutador 25 puede cerrarse y el primer diodo 23 y el segundo diodo 24 entran en un estado de bloqueo, de manera que aumente la tensión de CC proporcionada al excitador 9.

El conmutador 25 se puede proporcionar, por ejemplo, como disyuntor mecánico o como conmutador semiconductor, por ejemplo, como un IGBT. En una realización alternativa, el primer diodo 23 y el segundo diodo 24 pueden derivarse y/o reemplazarse por un disyuntor 23, 24 para reducir las pérdidas por conducción durante la operación normal.

Un ángulo de disparo de cualquiera de los puentes rectificadores de tiristores trifásicos 20, o de cada uno de ellos, puede ser ajustable. Por ejemplo, un ángulo de disparo común para cada uno de los transistores en el puente rectificador de tiristores trifásico (20) en el lado izquierdo de la figura 2 se puede establecer en un primer ángulo, y otro ángulo de disparo común para cada uno de los transistores en el rectificador de puente de tiristores trifásico 20 en el lado derecho de la figura 2 puede ajustarse en un segundo ángulo. El primer ángulo se puede ajustar independientemente del segundo ángulo para lograr una relación de división de los rectificadores 20 en correspondencia con una relación del primer ángulo al segundo ángulo. De la misma manera, en configuraciones que tienen más de dos rectificadores, los ángulos de disparo respectivos pueden ajustarse independientemente entre sí de manera comparable.

La figura 3 y la figura 4 muestran dos realizaciones adicionales, comprendiendo cada una un segundo transformador reductor adicional 26, pero, por lo demás, idénticas a la realización que se muestra en la figura 1. En la realización que se muestra en la figura 3, el segundo transformador reductor 26 está conectado en serie entre el lado de CA 14 del segundo rectificador 13 y el transformador elevador 2. De manera análoga, el primer transformador reductor 16 está conectado en serie entre el lado de CA 14 del primer rectificador 12 y el transformador elevador 2, de manera que el primer transformador reductor 16 y el primer rectificador 12 en un lado y el segundo transformador reductor 26 y el segundo rectificador 13 en el otro lado estén conectados en paralelo entre el transformador elevador 2, el generador 3 y el dispositivo selector 18, respectivamente. De esta forma, un transformador individual 16, 26 está asociado a cada convertidor rectificador 12, 13.

En la realización que se muestra en la figura 4, el primer transformador reductor 16 conecta el segundo rectificador 13 al transformador elevador 2. El segundo transformador reductor 26 está conectado en serie con el primer transformador reductor 16 entre el primer rectificador 12 y el transformador elevador 2. En esta realización, el segundo transformador reductor 26 proporciona aislamiento galvánico entre el primer rectificador 12 y el segundo rectificador 13.

La figura 5 muestra una realización del primer rectificador 12 y/o el segundo rectificador 13 que comprende un elemento de almacenamiento 27 conectado en serie con el respectivo primer rectificador 12 y/o el respectivo segundo rectificador 13. El elemento de almacenamiento se puede proporcionar, por ejemplo, como una batería o un condensador conectado en serie con un puente tiristor respectivo.

Lista de signos de referencia

1 red

2 transformador elevador

3 generador síncrono

4 rotor

5 estátor

6 motor principal

7 regulador

8 bobinado de campo

9 excitador

10 máquina principal

11 rotor sin escobillas

12 primer rectificador

13 segundo rectificador

14 lado de CC

15 lado de CA

16 primer transformador reductor

17 lado de entrada

18 dispositivo selector

19 lado de salida

20 puente rectificador trifásico de tiristores

21 primer potencial

segundo potencial

primer diodo, primer disyuntor

segundo diodo, segundo disyuntor

conmutador

segundo transformador reductor

dispositivo de almacenamiento

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de generación de energía, que comprende

un generador síncrono (3) para convertir la potencia mecánica en energía eléctrica proporcionado en un lado de salida configurado para conectarse a una red eléctrica de CA (1),

al menos dos rectificadores (12, 13) que incluyen un primer rectificador (12) y un segundo rectificador (13), teniendo cada uno un lado de CA (14) conectado al lado de salida del generador (3) y un lado de CC (15) y

un excitador (9) configurado para excitar el generador (3), caracterizado por

un dispositivo selector (18) que tiene un lado de entrada (17) y un lado de salida (19), el lado de entrada (17) conectado a los lados de CC (15) de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el lado de salida (19) conectado al excitador (9), en donde

el dispositivo selector (18) está configurado para conmutar los lados de CC (15) en serie o en paralelo y para transmitir potencia de CC desde los al menos dos rectificadores (12, 13) en correspondencia con una relación de división arbitraria al lado de salida (19).

2. Sistema de generación de energía de acuerdo con la reivindicación anterior, que comprende

un transformador elevador (2) conectado al lado de salida del generador (3) y configurado para conectar la red eléctrica de CA (1), de manera que el transformador elevador (2) esté conectado en serie entre el generador (3) y la red (1) y

un primer transformador reductor (16) conectado en serie entre los lados de CA (14) de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el transformador elevador (2),

un primer transformador reductor (16) conectado en serie entre el lado de CA (14) de al menos uno de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el transformador elevador (2) y un segundo transformador reductor (26) conectado en serie entre el lado de CA (14) del al menos otro de los al menos dos segundos rectificadores (12, 13) y el transformador elevador (2) o

un primer transformador reductor (16) conectado en serie entre el lado de CA (14) de al menos uno de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el transformador elevador (2) y un segundo transformador reductor (26) conectado en serie entre los lados de CA (14) de los al menos dos rectificadores (12, 13).

3. Sistema de generación de energía de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el primer transformador reductor (16) y/o, si está presente, el segundo transformador reductor (26), se proporciona como un solo transformador con bobinados secundarios aislados, está provisto o no de un esquema de desfase y/o comprende una conexión en triángulo Y.

4. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno de los al menos dos rectificadores (12, 13) se proporciona como un puente rectificador de tiristores, comprenden un dispositivo de almacenamiento (27) conectado en serie con al menos uno de los al menos dos rectificadores (12, 13) y/o están galvánicamente aislados entre sí.

5. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos uno de los al menos dos primeros rectificadores (12, 13) comprende una pluralidad de puentes rectificadores de tiristores trifásico (14) conectados en serie y/o en paralelo.

6. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde

cada uno de los al menos dos rectificadores (12, 13) se proporciona como un puente rectificador de tiristores trifásico (20),

cada lado de CC (15) comprende una primera línea (21) en un primer potencial y una segunda línea (22) en un segundo potencial, en donde el segundo potencial es menor que el primer potencial,

el dispositivo selector (18) comprende un conmutador (25) dispuesto entre la segunda línea (22) del primer rectificador (12) y la primera línea (21) del segundo rectificador (13) y

la segunda línea (22) del primer rectificador (12) está conectada con la segunda línea (22) del segundo rectificador (13) al excitador (9) y la primera línea (21) del segundo rectificador (13) está conectada con la primera línea (21) del primer rectificador (12) al excitador (9).

7. Sistema de generación de energía de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el dispositivo selector (18) comprende un primer diodo (23) y un segundo diodo (24) y la segunda línea (22) del primer rectificador (12) está conectada a través del primer diodo (23) dispuesto en dirección de bloqueo con la segunda línea (22) del segundo rectificador (13) al excitador (9) y la primera línea (21) del segundo rectificador (13) está conectada a través del segundo diodo (24) dispuesto en dirección hacia adelante con la primera línea (21) del primer rectificador (12) al excitador (9).

8. Sistema de generación de energía de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el dispositivo selector (18) comprende un primer disyuntor (23) y un segundo disyuntor (24) y la segunda línea (22) del primer rectificador (12) está conectada a través del primer disyuntor (23) con la segunda línea (22) del segundo rectificador (13) al excitador (9) y la primera línea (21) del segundo rectificador (13) está conectada a través del segundo disyuntor (24) con la primera línea (21) del primer rectificador (12) al excitador (9).

9. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las tres reivindicaciones anteriores, en donde el conmutador (25) se proporciona como un conmutador eléctrico, un conmutador mecánico, un disyuntor mecánico y/o un conmutador semiconductor.

10. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el generador (3) comprende una máquina principal (10) y el excitador (9) comprende un rotor con bobinas de campo o sin escobillas (11) para excitar la máquina principal (10).

11. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el generador (3) comprende un bobinado de campo (8) y el excitador (9), que está configurado para excitar el generador (3) alimentando el bobinado de campo con potencia de CC.

12. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el generador (3) comprende un rotor (4), un estátor (5) y un motor primario (6) que hace girar el rotor (4), el transformador reductor está conectado al estátor (5) y el sistema de generación de energía comprende un regulador (7) conectado al generador (3) y configurado para controlar la potencia mecánica del motor primario (6).

13. Sistema de generación de energía de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo selector (18) está configurado para intercambiar energía desde el primer rectificador (12) y el segundo rectificador (13) en correspondencia con la relación de división al lado de salida (19) y la relación de división es 1:3, 1:4, 1:5 o 1:6.

14. Método para extender la duración de operación de un sistema de generación de energía, que comprende

al menos dos rectificadores (12, 13) que comprenden un primer rectificador (12) y un segundo rectificador (13), teniendo cada uno un lado de CA (14) conectado al lado de salida del generador (3) y un lado de CC (15) y un excitador (9) configurado para excitar el generador (3), caracterizado por

un dispositivo selector (18) que tiene un lado de entrada (17) y un lado de salida (19), el lado de entrada (17) conectado a los lados de CC (15) de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el lado de salida (19) conectado al excitador (9), en donde el método comprende la etapa de:

conmutar, mediante el dispositivo selector (18), los lados de CC (15) en serie o en paralelo y transmitir potencia de CC desde los al menos dos rectificadores (12, 13) en correspondencia con una relación de división arbitraria al lado de salida (19).

15. Método de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende

conectar un transformador elevador (2) al lado de salida del generador (3) y a la red eléctrica (1), de manera que el transformador elevador (2) esté conectado en serie entre el generador (3) y la red (1) y

conectar un primer transformador reductor (16) en serie entre los lados de CA (14) de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el transformador elevador (2),

conectar un primer transformador reductor (16) en serie entre el lado de CA (14) del primer rectificador (12) y el transformador elevador (2) y conectar un segundo transformador reductor (26) en serie entre el lado de CA (14) del segundo rectificador (13) y el transformador elevador (2) o

conectar un primer transformador reductor (16) en serie entre el lado de CA (14) de al menos uno de los al menos dos rectificadores (12, 13) y el transformador elevador (2) y conectar un segundo transformador reductor (26) en serie entre los lados de CA (14) de los al menos dos rectificadores (12, 13).