ES2940667T3 - Fuente de tensión longitudinal conmutable, sistema de transmisión de corriente continua con fuente de tensión longitudinal y procedimiento de funcionamiento de una fuente de tensión longitudinal - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere, entre otras cosas, a una fuente de tensión longitudinal conmutable (20) que tiene una conexión de alimentación (A) para suministrar corriente, una primera conexión de salida (B) y una segunda conexión de salida (C). La fuente de voltaje longitudinal (20) es adecuada para conmutar un voltaje eléctrico de una fuente de energía eléctrica almacenada (21) selectivamente entre la conexión de alimentación (A) y la primera conexión de salida (B) o entre la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C). Según la invención: la fuente de tensión longitudinal (20) tiene un primer interruptor (SI), que está situado eléctricamente entre la conexión de alimentación (A) y la primera conexión de salida (B), conecta eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la primera conexión de salida (B) en el estado conectado, y separa eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la primera conexión de salida (B) entre sí en el estado desconectado; la fuente de tensión longitudinal (20) también tiene un segundo interruptor (S2), que está situado eléctricamente entre la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C), conecta eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) en el estado conectado y separa eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) entre sí en el estado desconectado; y la fuente de tensión longitudinal (20) dispone de un tercer interruptor (S3), que se sitúa eléctricamente en serie con la fuente de energía almacenada (21) y forma con ella un circuito en serie, que se conecta eléctricamente entre las dos conexiones de salida (B, C). que se encuentra eléctricamente entre la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C), conecta eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) en estado conectado y separa eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) entre sí en el estado desconectado; y la fuente de tensión longitudinal (20) dispone de un tercer interruptor (S3), que se sitúa eléctricamente en serie con la fuente de energía almacenada (21) y forma con ella un circuito en serie, que se conecta eléctricamente entre las dos conexiones de salida (B, C). que se encuentra eléctricamente entre la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C), conecta eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) en estado conectado y separa eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) entre sí en el estado desconectado; y la fuente de tensión longitudinal (20) dispone de un tercer interruptor (S3), que se sitúa eléctricamente en serie con la fuente de energía almacenada (21) y forma con ella un circuito en serie, que se conecta eléctricamente entre las dos conexiones de salida (B, C). y separa eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) entre sí en el estado desconectado; y la fuente de tensión longitudinal (20) dispone de un tercer interruptor (S3), que se sitúa eléctricamente en serie con la fuente de energía almacenada (21) y forma con ella un circuito en serie, que se conecta eléctricamente entre las dos conexiones de salida (B, C). y separa eléctricamente la conexión de alimentación (A) y la segunda conexión de salida (C) entre sí en el estado desconectado; y la fuente de tensión longitudinal (20) dispone de un tercer interruptor (S3), que se sitúa eléctricamente en serie con la fuente de energía almacenada (21) y forma con ella un circuito en serie, que se conecta eléctricamente entre las dos conexiones de salida (B, C). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Fuente de tensión longitudinal conmutable, sistema de transmisión de corriente continua con fuente de tensión longitudinal y procedimiento de funcionamiento de una fuente de tensión longitudinal
La invención se refiere a una fuente de tensión longitudinal conmutable con un terminal de alimentación para suministrar una corriente, un primer terminal de salida para conectar una primera línea de salida y un segundo terminal de salida para conectar una segunda línea de salida, siendo la fuente de tensión longitudinal adecuada para conmutar selectivamente una tensión eléctrica de un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica entre el terminal de alimentación y el primer terminal de salida o entre el terminal de alimentación y el segundo terminal de salida.
Esta fuente de tensión longitudinal se conoce de la publicación “Double modulation control (DMC) for dual full bridge current flow controller (2FB-CFC)” (Fainan Hassan, Rose King, Robert Whitehouse, Carl Barker; EPE'15 ECCE Europe, ISBN: 9789075815238 y CFP15850-USB). La fuente de tensión longitudinal conocida hasta ahora presenta un total de ocho interruptores semiconductores, cada uno de los cuales conmuta unipolarmente.
Se conoce una fuente de tensión longitudinal del documento de divulgación US 2017/201094 A1, que también presenta ocho interruptores. Mediante estos interruptores, se puede conmutar un condensador con polaridad seleccionable en la ruta de corriente. El documento de divulgación US 2015/180231 A1 divulga un control de flujo de carga mediante una fuente de tensión longitudinal, en donde las salidas del control de flujo de carga pueden intercambiarse por medio de un dispositivo de inversión de polaridad.
La invención se basa en la tarea de especificar una disposición con una fuente de tensión longitudinal conmutable que requiera particularmente pocos componentes.
Esta tarea se resuelve según la invención mediante una disposición con las características de acuerdo con la reivindicación de patente 1. Las realizaciones ventajosas de la disposición según la invención se indican en las subreivindicaciones.
De acuerdo con esto, se prevé que la fuente de tensión longitudinal presente un primer interruptor que se encuentra eléctricamente entre el terminal de alimentación y el primer terminal de salida, conecta eléctricamente el terminal de alimentación y el primer terminal de salida en el estado conectado y desconecta eléctricamente el terminal de alimentación y el primer terminal de salida entre sí en el estado desconectado, la fuente de tensión longitudinal presenta un segundo interruptor, que está conectado eléctricamente entre el terminal de alimentación y el segundo terminal de salida, conecta eléctricamente el terminal de alimentación y el segundo terminal de salida en el estado conectado y desconecta eléctricamente el terminal de alimentación y el segundo terminal de salida entre sí en el estado desconectado, y la fuente de tensión longitudinal presenta un tercer interruptor que está conectado eléctricamente en serie con el dispositivo de almacenamiento de energía y forma un circuito en serie con este último, que está conectado eléctricamente entre los dos terminales de salida.
Una ventaja esencial de la fuente de tensión longitudinal según la invención consiste en que solo requiere o puede requerir tres interruptores y aun así permite una distribución de corriente o una distribución de flujo de carga a, por ejemplo, dos líneas de transmisión de corriente continua de alta tensión aguas abajo de un sistema de transmisión de corriente continua.
La fuente de tensión longitudinal dispone preferiblemente de un dispositivo de control que, en un primer estado de funcionamiento, acciona los interruptores primero y tercero y desactiva el segundo, conmutando así el dispositivo de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación y el segundo terminal de salida, en un segundo estado de funcionamiento, acciona los interruptores segundo y tercero y desactiva el primero, conmutando así el dispositivo de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación y el primer terminal de salida, y en un tercer estado de funcionamiento, acciona los interruptores primero y segundo y desactiva el tercero, desconectando así el dispositivo de almacenamiento de energía del terminal de alimentación.
El dispositivo de control se diseña preferiblemente de modo que realice una transición del primer estado de funcionamiento al segundo estado de funcionamiento, o viceversa, a través del tercer estado de funcionamiento como estado intermedio.
Es ventajoso que los interruptores primero, segundo y tercero sean conmutables bipolares. Con este diseño, el control del flujo de carga es ventajosamente posible de manera bidireccional, es decir, tanto con la opción de un aumento de corriente en la dirección del primer terminal de salida como con la opción de un aumento de corriente en la dirección del segundo terminal de salida.
Alternativamente, se puede prever que los interruptores primero, segundo y tercero sean únicamente interruptores conmutables unipolares, en particular interruptores semiconductores. En este caso, el control del flujo de carga suele estar limitado a una dirección, es decir, solo es posible unidireccionalmente, dependiendo de la disposición eléctrica de los interruptores para el aumento de corriente en la dirección del primer terminal de salida o para el aumento de corriente en la dirección del segundo terminal de salida.
También es posible que el primer interruptor o el segundo interruptor estén formados por una válvula no controlable, en particular por un diodo solo. Esto suele requerir que el almacenamiento de energía se precargue siempre con una polaridad predeterminada opuesta a la dirección de flujo de la válvula.
La invención se refiere a una disposición con una fuente de tensión longitudinal como la descrita con anterioridad y un dispositivo de inversión de polaridad conectado entre los dos terminales de salida de la fuente de tensión longitudinal y dos contactos de los terminales conductores del dispositivo de inversión de polaridad. Una ventaja de esta disposición consiste en que el dispositivo de inversión de polaridad situado aguas abajo puede controlar el flujo de carga en dirección bidireccional situándolo en la posición deseada, incluso si la fuente de tensión longitudinal como tal solo permite un flujo de carga unidireccional.
En una primera posición, el dispositivo de inversión de polaridad conecta el primer terminal de salida al primer contacto del terminal conductor y el segundo terminal de salida al segundo contacto del terminal conductor. En una segunda posición, el dispositivo de inversión de polaridad conecta preferiblemente el primer terminal de salida al segundo contacto del terminal conductor y el segundo terminal de salida al primer contacto del terminal conductor.
El dispositivo de inversión de polaridad presenta preferiblemente interruptores mecánicos o está formado preferiblemente por interruptores mecánicos; los interruptores mecánicos tienen comparativamente pocas pérdidas en el estado conectado (en comparación, por ejemplo, con los interruptores semiconductores).
El dispositivo de inversión de polaridad está formado preferiblemente por cuatro interruptores.
La invención se refiere, además, a un sistema de transmisión de corriente continua. Con respecto a dicho sistema de transmisión de corriente continua, se prevé según la invención que comprenda al menos una fuente de tensión longitudinal, tal como se ha descrito con anterioridad, así como una primera y una segunda línea de transmisión de corriente continua de alta tensión. Con respecto a las ventajas del sistema de transmisión de corriente continua según la invención, se hace referencia a las explicaciones anteriores en relación con la fuente de tensión longitudinal según la invención.
La fuente de tensión longitudinal se conecta preferiblemente con su primer terminal de salida a la primera línea de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo terminal de salida a la segunda línea de transmisión de corriente continua de alta tensión.
En vista de la posibilidad de control bidireccional del flujo de carga con fuentes de tensión longitudinal de funcionamiento unidireccional, se considera ventajoso que el sistema de transmisión de corriente continua presente una primera y una segunda fuente de tensión longitudinal.
La primera fuente de tensión longitudinal se conecta preferiblemente con su primer terminal de salida a la primera línea de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo terminal de salida, a la segunda línea de transmisión de corriente continua de alta tensión. La segunda fuente de tensión longitudinal se conecta preferiblemente con su primer terminal de salida a la segunda línea de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo terminal de salida a la primera línea de transmisión de corriente continua de alta tensión.
Cada una de las dos fuentes de tensión longitudinal permite preferiblemente un estado de funcionamiento respectivo en el que los interruptores primero, segundo y tercero de la fuente de tensión longitudinal respectiva están desconectados.
Cada una de las dos fuentes de tensión longitudinal presenta preferiblemente un interruptor de funcionamiento respectivo en serie con el terminal de entrada, que puede bloquear el flujo de corriente a través del terminal de entrada.
Ventajosamente, también se dispone un dispositivo de inversión de polaridad a continuación de la fuente de tensión longitudinal, que está conectado entre los dos terminales de salida de la fuente de tensión longitudinal y dos contactos de terminal de conductor del dispositivo de inversión de polaridad, en donde el dispositivo de inversión de polaridad conecta el primer terminal de salida al primer contacto de terminal de conductor y el segundo terminal de salida al segundo contacto de terminal de conductor en una primera posición y en donde el dispositivo de inversión de polaridad conecta el primer terminal de salida al segundo contacto de terminal de conductor y el segundo terminal de salida al primer contacto de terminal de conductor en una segunda posición, y la fuente de tensión longitudinal está conectada con su primer contacto de terminal de conductor a la primera línea de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo contacto de terminal de conductor a la segunda línea de transmisión de corriente continua de alta tensión.
La invención se refiere, además, a un procedimiento para hacer funcionar una disposición con una fuente de tensión longitudinal conmutable y un dispositivo de inversión de polaridad. De acuerdo con la invención, se prevé que una fuente de tensión longitudinal según lo descrito arriba funcione como la fuente de tensión longitudinal descrita más arriba y que una dispositivo funcione como la disposición descrita más arriba,
- en donde la fuente de tensión longitudinal para interconectar el dispositivo de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación y el segundo terminal de salida se conmuta a un primer estado de funcionamiento en el que
el primer y el tercer interruptor están conectados y el segundo interruptor funciona desconectado, - en donde la fuente de tensión longitudinal para interconectar el dispositivo de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación y el primer terminal de salida se conmuta a un segundo estado de funcionamiento en el que los interruptores segundo y tercero se conectan y el primer interruptor se desconecta, y
- en donde la fuente de tensión longitudinal para desconectar el dispositivo de almacenamiento de energía del terminal de alimentación se conmuta a un tercer estado de funcionamiento en el que los interruptores primero y segundo se conectan y el tercer interruptor se desconecta.
Con respecto a las ventajas del procedimiento según la invención, se hace referencia a las explicaciones anteriores en relación con la fuente de tensión longitudinal según la invención.
La invención se explica más detalladamente a continuación por medio de ejemplos de realización, en los que, a modo de ejemplo
Figura 1 muestra un ejemplo de realización de un sistema de transmisión de corriente continua según la invención, que está equipado con un ejemplo de realización para una fuente de tensión longitudinal según la invención, Figura 2 muestra un primer estado de funcionamiento de la fuente de tensión longitudinal según la Figura 1, Figura 3 muestra un segundo estado de funcionamiento de la fuente de tensión longitudinal según la Figura 1, Figura 4 muestra un tercer estado de funcionamiento de la fuente de tensión longitudinal según la Figura 1, Figura 5 muestra un ejemplo de realización de una fuente de tensión longitudinal adecuada para el sistema de transmisión de corriente continua según la Figura 1 con más detalle,
Figura 6 muestra otro ejemplo de realización de una fuente de tensión longitudinal adecuada para el sistema de transmisión de corriente continua según la Figura 1 con más detalle,
Figura 7 muestra un ejemplo de sistema de transmisión de corriente continua equipado con una fuente de tensión longitudinal según la Figura 5 y con una fuente de tensión longitudinal según la Figura 6,
Figura 8 muestra un ejemplo de un sistema de transmisión de corriente continua en el que un dispositivo de inversión de polaridad está dispuesto después de una fuente de tensión longitudinal,
Figura 9 muestra una variante de la realización según la Figura 5, en la que uno de los interruptores está equipado como una válvula no controlable en forma de diodo, y
Figura 10 muestra una variante del ejemplo de realización según la Figura 6, en la que uno de los interruptores está equipado como una válvula no controlable en forma de diodo.
En aras de la claridad, en las Figuras se utilizan siempre los mismos signos de referencia para componentes idénticos o comparables.
La Figura 1 muestra un sistema 10 de transmisión de corriente continua equipado con una fuente 20 de tensión longitudinal. La fuente de tensión longitudinal presenta un primer interruptor S1 conectado eléctricamente entre un terminal de alimentación A y un primer terminal de salida B de la fuente 20 de tensión longitudinal. En el estado conectado, conecta eléctricamente el terminal de alimentación A con el primer terminal de salida B; en el estado desconectado, desconecta eléctricamente el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B entre sí. La fuente 20 de tensión longitudinal comprende, además, un segundo interruptor S2 conectado eléctricamente entre el terminal de alimentación A y un segundo terminal de salida C, que conecta eléctricamente el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C cuando está conectado y desconecta eléctricamente el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C cuando está desconectado.
Un tercer interruptor S3 de la fuente 20 de tensión longitudinal está eléctricamente en serie con un dispositivo 21 de almacenamiento de energía de la fuente 20 de tensión longitudinal y forma un circuito en serie con este último, que está conectado eléctricamente entre los dos terminales de salida B y C de la fuente 20 de tensión longitudinal. El dispositivo 21 de almacenamiento de energía es preferiblemente un condensador. En el caso del dispositivo 21 de almacenamiento de energía, se trata preferiblemente de un condensador.
La conmutación de los interruptores S1, S2 y D3 y el ajuste del estado de funcionamiento respectivo de la fuente 20 de tensión longitudinal se realiza mediante un dispositivo 22 de control de la fuente 20 de tensión longitudinal.
Una línea 11 de alimentación del sistema 10 de transmisión de corriente continua está conectada al terminal de
alimentación A de la fuente 20 de tensión longitudinal. El primer terminal de salida B de la fuente 20 de tensión longitudinal está conectado a una primera línea 12 de transmisión de corriente continua de alta tensión y el segundo terminal de salida C de la fuente 20 de tensión longitudinal está conectado a una segunda línea 13 de transmisión de corriente continua de alta tensión.
Para conseguir una distribución de corriente o de carga deseada de la corriente de entrada I alimentada desde la línea 11 de alimentación en el terminal de alimentación A de la fuente 20 de tensión longitudinal a los dos terminales de salida B y C de la fuente 20 de tensión longitudinal y, con ello, una distribución de corriente correspondiente en las dos líneas 12 y 13 de transmisión de corriente continua de alta tensión, los tres interruptores S1, S2 y S3 pueden ser controlados por el dispositivo 22 de control de la fuente 20 de tensión longitudinal de tal manera que la tensión presente entre los terminales de salida B y C o la tensión presente en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía se conmute opcionalmente en un primer trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B o en un segundo trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C; esto se explica más detalladamente a continuación a modo de ejemplo en relación con las Figuras 2 a 4.
La Figura 2 muestra un primer estado de funcionamiento de la fuente 20 de tensión longitudinal en el que el primer interruptor S1 y el tercer interruptor S3 están conectados y el segundo interruptor S2 está desconectado. En este estado de conmutación de los tres interruptores S1, S2 y S3, la tensión en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía o la tensión Ubc entre los terminales de salida B y C se conmuta en el segundo trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C, mientras que el primer trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B se conduce más allá del dispositivo 21 de almacenamiento de energía.
La caída de tensión entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B es así -aparte de las pérdidas de tensión de los interruptores en el estado conectado- nula o al menos aproximadamente nula, mientras que la caída de tensión entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C aumenta o disminuye en función de la tensión Vc en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía (según el signo de la tensión o el sentido de la tensión en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía). Dependiendo de la dirección de la tensión Vc aplicada al dispositivo 21 de almacenamiento de energía, la corriente en el segundo trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C aumenta o disminuye de este modo en comparación con la corriente en el primer trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B.
En un segundo estado de funcionamiento de la fuente 20 de tensión longitudinal, el dispositivo 21 de almacenamiento de energía está conectado en el primer trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B de la fuente 20 de tensión longitudinal; el segundo trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C, en cambio, está puenteado por el dispositivo 21 de almacenamiento de energía. Para alcanzar este estado de funcionamiento, el segundo interruptor S2 y el tercer interruptor S3 se conectan y el primer interruptor S1 se desconecta. El segundo estado de funcionamiento se muestra en la Figura 3.
La caída de tensión entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C es así -aparte de las pérdidas de tensión de los interruptores en estado conectado- nula o al menos aproximadamente nula, mientras que la caída de tensión entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B aumenta o disminuye en función de la tensión Vc en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía (según el signo de la tensión o el sentido de la tensión en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía). Dependiendo de la dirección de la tensión Vc aplicada al dispositivo 21 de almacenamiento de energía, la corriente en el primer trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B así aumenta o disminuye en comparación con la corriente en el segundo trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C.
La Figura 4 muestra un tercer estado de funcionamiento de la fuente 20 de tensión longitudinal en el que el primer interruptor S1 y el segundo interruptor S2 están conectados y el tercer interruptor S3 está desconectado. En este tercer estado de funcionamiento, el dispositivo 21 de almacenamiento de energía permanece desconectado eléctricamente, de modo que la tensión Vc aplicada al dispositivo 21 de almacenamiento de energía no actúa sobre el primer trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el primer terminal de salida B ni sobre el segundo trayecto de corriente entre el terminal de alimentación A y el segundo terminal de salida C.
La Figura 5 muestra un ejemplo de realización para la construcción de una fuente 20 de tensión longitudinal, que puede utilizarse en el sistema 10 de transmisión de corriente continua según las Figuras 1 a 4. Los tres interruptores S1, S2 y S3 son interruptores semiconductores conmutables externamente. Puede verse que los tres interruptores S1, S2 y S3 están formados cada uno por un transistor T controlado por el dispositivo 22 de control según las Figuras 1 a 4 y un diodo D conectado en antiparalelo con el mismo. Cada uno de los tres interruptores S1, S2 y S3 puede ser conectado y desconectado por el dispositivo 22 de control solo en dirección unipolar; en la dirección de corriente opuesta, el diodo D forma una libre circulación en cada caso.
La circuitería de los diodos D y los transistores T mostrada en la Figura 5 significa que el control del flujo de carga solo es posible en una dirección, es decir, unidireccionalmente; esto se debe a que el dispositivo 21 de almacenamiento de energía debe funcionar siempre con una tensión positiva Vc en la dirección de tensión mostrada en la Figura 5 para evitar un cortocircuito del dispositivo 21 de almacenamiento de energía a través del diodo de libre circulación D del
segundo interruptor S2 en el tercer estado de funcionamiento.
Como preparación para el funcionamiento de la fuente 20 de tensión longitudinal, el dispositivo 22 de control ajustará primero la tensión Vc en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía a un valor de salida deseado de, por ejemplo, 2 kV.
Si posteriormente, durante el funcionamiento del sistema 10 de transmisión de corriente continua, se produce la situación de que la distribución de corriente en la dirección del primer terminal de salida B y del segundo terminal de salida C es asimétrica y el flujo de carga en el segundo trayecto de corriente es siempre mayor que en el primer trayecto de corriente, se puede conmutar temporalmente un el dispositivo de almacenamiento de energía puede conmutarse en el sentido negativo de la tensión en el primer trayecto de corriente o en el sentido positivo de la tensión en el segundo trayecto de corriente mediante una conexión temporal alterna (por ejemplo, en el marco de una modulación por ancho de impulsos) del primer y segundo estado de funcionamiento, por lo que, en cada caso, se produce un desplazamiento del flujo de carga del segundo trayecto de corriente en el sentido del primer trayecto de corriente en ambos casos. Dado que el dispositivo de almacenamiento de energía se carga en el primer estado de funcionamiento y se descarga en el segundo, el estado de carga del dispositivo 21 de almacenamiento de energía puede mantenerse constante con la misma duración de tiempo, o al menos aproximadamente la misma, para los estados de funcionamiento primero y segundo dentro del ámbito de la modulación por ancho de pulsos.
La duración de los estados de funcionamiento primero y segundo (así como la duración del tercer estado de funcionamiento intermedio) y el nivel de tensión de trabajo del dispositivo de almacenamiento de energía determinan la magnitud del cambio de flujo de carga o del desplazamiento del flujo de carga a favor del primer trayecto de corriente.
La Figura 6 muestra un segundo ejemplo de realización para una fuente 20 de tensión longitudinal que puede utilizarse en el sistema 10 de transmisión de corriente continua según las Figuras 1 a 4. De acuerdo con el ejemplo de realización según la Figura 5, los interruptores S1, S2 y S3 son cada uno conmutables unipolarmente y están formados cada uno por un transistor T y un diodo D conectado en antiparalelo. Debido a la polaridad del diodo de circulación libre del tercer interruptor S3, el dispositivo 22 de control aplica una tensión positiva Vc en la dirección de tensión opuesta (en comparación con la Figura 5) al dispositivo 21 de almacenamiento de energía, tal como se muestra en la Figura 6.
Debido a la dirección de tensión del dispositivo 21 de almacenamiento de energía, el control de flujo de carga de la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 6 puede realizarse en dirección opuesta en comparación con la Figura 5:
Como preparación para el funcionamiento de la fuente 20 de tensión longitudinal, otra vez el dispositivo de control ajustará primero la tensión Vc en el dispositivo 21 de almacenamiento de energía a un valor de salida deseado de, por ejemplo, 2 kV.
Si, durante el funcionamiento del sistema 10 de transmisión de corriente continua según la Figura 6, se produce la situación de que el flujo de carga en el primer trayecto de corriente es siempre mayor que en el segundo trayecto de corriente, el dispositivo 21 de almacenamiento de energía puede conmutarse al primer trayecto de corriente en la dirección de tensión positiva o al segundo trayecto de corriente en la dirección de tensión negativa conectando temporalmente los estados de funcionamiento primero y segundo alternativamente (por ejemplo, como parte de una modulación por ancho de pulsos), con lo que, en ambos casos, el flujo de carga se desplaza del primer trayecto de corriente en el sentido del segundo trayecto de corriente. Dado que el dispositivo de almacenamiento de energía se descarga en el primer estado de funcionamiento y se carga en el segundo, el estado de carga del dispositivo 21 de almacenamiento de energía puede mantenerse constante con la misma duración de tiempo, o al menos aproximadamente la misma, para el primer y el segundo estado de funcionamiento dentro del ámbito de la modulación de ancho de pulsos.
La duración de los estados de funcionamiento primero y segundo, la duración del tercer estado de funcionamiento intermedio respectivo y el nivel de tensión de trabajo del dispositivo de almacenamiento de energía también determinan la magnitud del cambio de flujo de carga o el desplazamiento del flujo de carga a favor de la segunda trayectoria de corriente; a este respecto, las explicaciones en relación con la Figura 5 se aplican en forma análoga al ejemplo de realización según la Figura 6.
La Figura 7 muestra un ejemplo de un sistema 10 de transmisión de corriente continua en el que la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 5 y la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 6 están conectadas en paralelo. Dependiendo de la situación de flujo de carga y de la dirección de flujo de carga deseada, la fuente 20 de tensión longitudinal superior de la Figura 7, es decir, la fuente de tensión longitudinal según la Figura 5, o la fuente 20 de tensión longitudinal inferior de la Figura 7, es decir, la fuente de tensión longitudinal según la Figura 6, pueden utilizarse para el control activo del flujo de carga en el marco del control del flujo de carga; la otra fuente de tensión longitudinal en cada caso permanece entonces desconectada o inactiva. Para ello, la fuente de tensión longitudinal inactiva 20 se conmuta preferiblemente al tercer estado de funcionamiento descrito con anterioridad, en el que los tres interruptores S1, S2 y S3 están desconectados respectivamente.
La fuente 20 de tensión longitudinal activa se conmuta alternativamente al primer estado de funcionamiento o al segundo estado de funcionamiento para lograr el control del flujo de carga deseado en la medida deseada, como se
ha explicado en relación con las Figuras 1 a 6 anteriores.
La Figura 8 muestra un ejemplo de realización de un sistema 10 de transmisión de corriente continua en el que un dispositivo 30 de inversión de polaridad está dispuesto aguas abajo de una fuente 20 de tensión longitudinal. El dispositivo 30 de inversión de polaridad está conectado eléctricamente entre los dos terminales de salida B y C de la fuente 20 de tensión longitudinal y las dos líneas 12 y 13 de transmisión de corriente continua de alta tensión del sistema 10 de transmisión de corriente continua.
El dispositivo 30 de inversión de polaridad mostrado en la Figura 8 presenta cuatro interruptores 31, 32, 33 y 34 que, en una primera posición, conectan el primer terminal de salida B de la fuente 20 de tensión longitudinal al primer contacto 30a de terminal de conductor del dispositivo 30 de inversión de polaridad y, por lo tanto, a la primera línea 12 de transmisión de corriente continua de alta tensión, y conectan el segundo terminal de salida C de la fuente 20 de tensión longitudinal a un segundo contacto 30b de terminal de conductor del dispositivo 30 de inversión de polaridad y, por lo tanto, a la segunda línea 13 de transmisión de corriente continua de alta tensión del sistema 10 de transmisión de corriente continua.
En una posición inversa o segunda del dispositivo 30 de inversión de polaridad, el primer terminal de salida A de la fuente 20 de tensión longitudinal está conectado al segundo contacto 30b de terminal de conductor del dispositivo 30 de inversión de polaridad y, por lo tanto, a la segunda línea 13 de transmisión de corriente continua de alta tensión del sistema 10 de transmisión de corriente continua, y el segundo terminal de salida C de la fuente 20 de tensión longitudinal está conectado al primer contacto 30a de terminal de conductor del dispositivo 30 de inversión de polaridad o a la primera línea 12 de transmisión de corriente continua de alta tensión.
El dispositivo de inversión de polaridad permite el control bidireccional del flujo de carga con una sola fuente 20 de tensión longitudinal unidireccional, por lo que la dirección del flujo de carga se establece seleccionando la primera o la segunda posición del dispositivo de inversión de polaridad.
Con el fin de reducir al mínimo las pérdidas eléctricas, se considera ventajoso que los cuatro interruptores 31, 32, 33 y 34 del dispositivo 30 de inversión de polaridad sean interruptores mecánicos, ya que estos provocan pérdidas eléctricas muy bajas al conmutar, al menos menores que los interruptores semiconductores, tal como se muestra en relación con las Figuras 4 y 5.
La Figura 9 muestra una variante de realización para la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 5. Puede observarse que la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 9 solo presenta una válvula no controlable en forma de diodo D como primer interruptor S1; a diferencia del ejemplo de realización según la Figura 5, no hay ningún transistor conectado en paralelo. El transistor conectado en paralelo puede omitirse en el primer interruptor S1 de la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 5, ya que, en el segundo estado de funcionamiento, en el que el segundo interruptor S2 y el tercer interruptor S3 están conmutados, la tensión Vc aplicada al dispositivo 21 de almacenamiento de energía es siempre -en la dirección de bloqueo- paralela al diodo D del primer interruptor S1 y, por lo tanto, bloquea a este último.
En todos los demás aspectos, las explicaciones relativas a la Figura 5 se aplican también a la variante según la Figura 9.
La Figura 10 muestra una variante de realización para la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 6. Puede observarse que la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 10 solo presenta una válvula no controlable en forma de diodo D como segundo interruptor S2; a diferencia del ejemplo de realización según la Figura 6, no hay ningún transistor conectado en paralelo. El transistor conectado en paralelo puede omitirse en el segundo interruptor S2 de la fuente 20 de tensión longitudinal según la Figura 6, ya que, en el primer estado de funcionamiento, en el que el primer interruptor S1 y el tercer interruptor S3 están conmutados, la tensión Vc aplicada al dispositivo 21 de almacenamiento de energía es siempre -en la dirección de bloqueo- paralela al diodo D del segundo interruptor S2 y, por lo tanto, bloquea a este último.
En todos los demás aspectos, las explicaciones en relación con la Figura 6 se aplican en consecuencia a la variante según la Figura 10.
Aunque la invención se ha ilustrado y descrito en detalle mediante ejemplos de realización preferidos, la invención no está limitada por los ejemplos divulgados, y los expertos en la técnica pueden derivar otras variaciones de los mismos sin apartarse del ámbito de protección de la invención.
Lista de signos de referencia
10 Sistema de transmisión de corriente continua
11 Línea de alimentación
12 Línea de transmisión de corriente continua de alta tensión
13 Línea de transmisión de corriente continua de alta tensión
20 Fuente de tensión longitudinal
21 Dispositivo de almacenamiento de energía
22 Dispositivo de control
30 Dispositivo de inversión de polaridad
30a Contacto de terminal de conductor
30b Contacto de terminal de conductor
31 Interruptor
32 Interruptor
33 Interruptor
34 Interruptor
A Terminal de alimentación
B Terminal de salida
C Terminal de salida
D Diodo
S1 Interruptor
S2 Interruptor
S3 Interruptor
T Transistor
Ubc Tensión
Vc Tensión
Claims (14)
1. Disposición con una fuente (20) de tensión longitudinal conmutable y un dispositivo (30) de inversión de polaridad, en donde dicha fuente (20) de tensión longitudinal presenta un terminal de alimentación (A) para suministrar una corriente, un primer terminal de salida (B) y un segundo terminal de salida (C), en donde la fuente (20) de tensión longitudinal es adecuada para conmutar selectivamente una tensión eléctrica de un dispositivo (21) de almacenamiento de energía eléctrica entre el terminal de alimentación (A) y el primer terminal de salida (B) o entre el terminal de alimentación (A) y el segundo terminal de salida (C), en donde
- la fuente (20) de tensión longitudinal presenta un primer interruptor (S1) que está conectado eléctricamente entre el terminal de alimentación (A) y el primer terminal de salida (B), conecta eléctricamente el terminal de alimentación (A) y el primer terminal de salida (B) cuando está conectado y desconecta eléctricamente el terminal de alimentación (A) y el primer terminal de salida (B) cuando está desconectado,
- la fuente (20) de tensión longitudinal presenta un segundo interruptor (S2) que está conectado eléctricamente entre el terminal de alimentación (A) y el segundo terminal de salida (C), conecta eléctricamente el terminal de alimentación (A) y el segundo terminal de salida (C) cuando está conectado y desconecta eléctricamente el terminal de alimentación (A) y el segundo terminal de salida (C) cuando está desconectado,
- la fuente (20) de tensión longitudinal presenta un tercer interruptor (S3) que está conectado eléctricamente en serie con el dispositivo (21) de almacenamiento de energía y que forma con él un circuito en serie conectado eléctricamente entre los dos terminales de salida (B, C), y
- el dispositivo (30) de inversión de polaridad está conectado entre los dos terminales de salida (B, C) de la fuente (20) de tensión longitudinal y dos contactos de terminal de conductor (30a, 30b) del dispositivo (30) de inversión de polaridad, en donde el dispositivo (30) de inversión de polaridad conecta el primer terminal de salida (B) al primer contacto (30a) de terminal de conductor y el segundo terminal de salida (C) al segundo contacto (30b) de terminal de conductor en una primera posición y en donde el dispositivo (30) de inversión de polaridad conecta el primer terminal de salida (B) al segundo contacto (30b) de terminal de conductor y el segundo terminal de salida (C) al primer contacto (30a) de terminal de conductor en una segunda posición.
2. Disposición de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la fuente (20) de tensión longitudinal presenta un dispositivo (22) de control que
- en un primer estado de funcionamiento, conecta los interruptores primero y tercero (S1, S3) y desconecta el segundo interruptor (S2), conmutando así el dispositivo (21) de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación (A) y el segundo terminal de salida (C),
- en un segundo estado de funcionamiento, conecta los interruptores segundo y tercero (S2, S3) y desconecta el primer interruptor (S1), conmutando así el dispositivo (21) de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación (A) y el primer terminal de salida (B), y
- en un tercer estado de funcionamiento, los interruptores primero y segundo (S1, S2) se conectan y el tercer interruptor (S3) se desconecta, con lo que el dispositivo (21) de almacenamiento de energía se desconecta del terminal de alimentación (A).
3. Disposición de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el dispositivo (22) de control está configurado de tal manera que realiza una transición del primer estado de funcionamiento al segundo estado de funcionamiento, o viceversa, con el tercer estado de funcionamiento como estado intermedio.
4. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los interruptores primero, segundo y tercero (S1, S2, S3) son interruptores semiconductores conmutables unipolares.
5. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los interruptores primero, segundo y tercero (S1, S2, S3) son interruptores semiconductores conmutables bipolares.
6. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el primer interruptor (S1) o el segundo interruptor (S2) está formado por una válvula no controlable, en particular por un diodo (D) solo.
7. Disposición de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el dispositivo (30) de inversión de polaridad comprende interruptores mecánicos (31-34) o está formado por interruptores mecánicos (31 34).
8. Sistema (10) de transmisión de corriente continua, caracterizado porque presenta al menos una disposición de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, así como una primera y una segunda línea (12, 13) de transmisión de corriente continua de alta tensión.
9. Sistema (10) de transmisión de corriente continua de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque
- la fuente (20) de tensión longitudinal está conectada con su primer terminal de salida (B) a la primera línea (12) de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo terminal de salida (C) a la segunda línea (13) de transmisión de corriente continua de alta tensión.
10. Sistema (10) de transmisión de corriente continua de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque
- el sistema (10) de transmisión de corriente continua presenta una primera y una segunda fuente (20) de tensión longitudinal,
- la primera fuente (20) de tensión longitudinal está conectada con su primer terminal de salida (B) a la primera línea (12) de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo terminal de salida (C) a la segunda línea (13) de transmisión de corriente continua de alta tensión, y
- la segunda fuente (20) de tensión longitudinal está conectada con su primer terminal de salida (B) a la segunda línea (13) de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo terminal de salida (C) a la primera línea (12) de transmisión de corriente continua de alta tensión.
11. Sistema (10) de transmisión de corriente continua de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque cada una de las dos fuentes (20) de tensión longitudinal permite, respectivamente, un estado de funcionamiento en el que los interruptores primero, segundo y tercero (S1-S3) de la respectiva fuente (20) de tensión longitudinal están desconectados.
12. Sistema (10) de transmisión de corriente continua de acuerdo con las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque cada una de las dos fuentes (20) de tensión longitudinal presenta un interruptor de funcionamiento respectivo en serie con el terminal de entrada que es capaz de bloquear un flujo de corriente a través del terminal de entrada.
13. Sistema (10) de transmisión de corriente continua de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 12 anteriores, caracterizado porque la fuente (20) de tensión longitudinal está conectada con su primer contacto (30a) de terminal de conductor a la primera línea (12) de transmisión de corriente continua de alta tensión y con su segundo contacto (30b) de terminal de conductor a la segunda línea (13) de transmisión de corriente continua de alta tensión.
14. Procedimiento para hacer funcionar una disposición con una fuente (20) de tensión longitudinal conmutable y un dispositivo (30) de inversión de polaridad, en donde una disposición con las características de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7 se hace funcionar como una disposición,
- en donde la fuente (20) de tensión longitudinal para interconectar el dispositivo (21) de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación (A) y el segundo terminal de salida (C) se conmuta a un primer estado de funcionamiento en el que los interruptores primero y tercero (S1, S3) se conectan y el segundo interruptor (S2) se desconecta,
- en donde la fuente (20) de tensión longitudinal para interconectar el dispositivo (21) de almacenamiento de energía entre el terminal de alimentación (A) y el primer terminal de salida (B) se conmuta a un segundo estado de funcionamiento en el que los interruptores segundo y tercero (S2, S3) se conectan y el primer interruptor (S1) se desconecta, y
- en donde la fuente (20) de tensión longitudinal para desconectar el dispositivo (21) de almacenamiento de energía del terminal de alimentación (A) se conmuta a un tercer estado de funcionamiento en el que los interruptores primero y segundo (S1, S2) se conectan y el tercer interruptor (S3) se desconecta.
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