ES2963812T3 - Impedancia para el control de corrientes de falla CA en un convertidor de alto voltaje a corriente continua HVDC - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a una unidad convertidora de corriente (303) para transmisión de corriente continua de alto voltaje (HVDC), que comprende un primer convertidor (315). Un primer terminal de corriente continua (327) del primer convertidor (315) está conectado a un primer punto terminal de conductor (330) para un primer conductor de transmisión HVDC (309). Un segundo terminal de corriente continua (333) del primer convertidor (315) está conectado a una unidad de impedancia (339) que tiene una impedancia eléctrica de manera que se forma un punto de conexión (336). La unidad de impedancia (339) conecta el punto de conexión (336) al potencial de tierra (342). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Impedancia para el control de corrientes de falla CA en un convertidor de alto voltaje a corriente continua HVDC La presente invención hace referencia a una unidad de convertidor para una transmisión de corriente continua de alta tensión. Esa unidad de convertidor presenta al menos un convertidor.
Las fallas que se producen en los convertidores pueden solucionarse debido a que se abre un disyuntor de corriente alterna (que conecta una conexión de tensión alterna del convertidor con un sistema de tensión alterna). Esa resolución de la falla (control de la falla), mediante un disyuntor de corriente alterna, en particular también puede aplicarse en convertidores multinivel modulares con módulos de medio puente.
Sin embargo, es problemática la aparición de las así llamadas fallas asimétricas (en particular internas del convertidor). Se trata de fallas que solamente afectan a un polo o a dos polos de la tensión alterna de tres polos (trifásica). Es particularmente problemático que el disyuntor de corriente alterna, mediante un transformador, esté conectado a la conexión de tensión alterna del convertidor, que produce fallas asimétricas en el lado secundario (por tanto, en el lado orientado hacia el convertidor) del transformador, y que el disyuntor de corriente alterna esté dispuesto en el lado primario del transformador (por tanto en el lado del transformador apartado del convertidor). Las fallas asimétricas de esa clase conducen a una carga de corriente asimétrica en el lado secundario del transformador, que se transmite al lado primario del transformador, provocando que la corriente alterna que circula por el disyuntor de corriente alterna ya no presente pasos por cero de corriente (falta de pasos por cero de la corriente alterna). Esos pasos por cero faltantes de la corriente alterna, después de una detección de fallas, impiden que el disyuntor de corriente alterna se abra rápidamente, ya que los arcos eléctricos que se producen al abrirse el disyuntor de corriente alterna se extinguen con seguridad sólo en los pasos por cero de la corriente alterna.
En particular en los convertidores multinivel modulares con submódulos de medio puente, sin embargo, se necesita una resolución de fallas rápida, ya que de lo contrario los diodos libres de los submódulos de medio puente, que conducen en el caso de una falla, pueden sobrecargarse térmicamente y, junto con el disyuntor de corriente alterna, también el convertidor puede sufrir daños irreversibles.
Para solucionar ese problema, en la solicitud WO 2011/150963 A1 se propone utilizar una unidad de puente cortocircuitador que, en el caso de una falla asimétrica, cortocircuita a tierra las tres fases de la red de tensión alterna. Debido a eso, la falla asimétrica se convierte en una falla simétrica (es decir, en una falla que afecta a las tres fases), debido a lo cual se producen pasos por cero de la corriente alterna en el lado primario del transformador. Además, en la solicitud WO 2016/055106 A1, en el caso de una falla asimétrica, se propone cortocircuitar un bobinado terciario del transformador mediante una unidad de puente cortocircuitador. Lo mencionado tiene lugar de modo que las tres fases del bobinado terciario se cortocircuitan entre sí.
En las dos soluciones antes mencionadas, en el caso de una falla, es necesario cerrar el interruptor del puente cortocircuitador. En la primera solución mencionada, mediante el cortocircuito que se produce, la red de tensión alterna y los componentes conectados a la misma se cargan en alto grado. En la segunda solución mencionada se necesita un bobinado terciario del transformador diseñado para potencias elevadas para poder influir suficientemente rápido en las corrientes que circulan en el lado primario del transformador. Un bobinado terciario de esa clase es complejo y costoso.
Por el documento de patente CN 103 066 582 B se conoce un convertidor multinivel modular en el que las dos conexiones de tensión continua, respectivamente mediante un circuito de protección, están conectadas a potencial de tierra. El circuito de protección presenta resistencias, condensadores, un descargador, un protector de sobretensión, así como dos tiristores conectados de forma anti-paralela.
En la primera publicación de la solicitud GB 2 397 445 A se describe una estación de convertidor con dos convertidores conectados en serie, en los cuales el punto de conexión entre los dos convertidores está conectado a potencial de tierra mediante un circuito de puesta a tierra. El circuito de puesta a tierra presenta una inductancia o un circuito de oscilador paralelo formado por al menos una inductancia y una capacitancia.
En el documento EP 1151 324 A se describe una estación de convertidor similar, en la que el punto de conexión entre los dos convertidores está conectado a potencial de tierra, mediante una inductancia o mediante un circuito de oscilador en serie que presenta una inductancia y una capacitancia.
Por el artículo "HVDC Transmission Systems using Voltage Sourced Converters - Design and Applications" de F. Schettler et al, Power Engineering Society Summer Meeting, IEEE, del 16 de julio de 2000, páginas 715-720, se conoce una estación de convertidor para una transmisión de corriente continua de alta tensión de dos polos, en donde el punto de conexión entre los dos convertidores está conectado a potencial de tierra mediante una impedancia y un protector de sobretensión conectado de forma paralela.
El objeto de la presente invención consiste en proporcionar una unidad de convertidor y un procedimiento para el control de fallas en una unidad de convertidor, con los que también puedan alcanzarse pasos por cero de corriente en caso de producirse una falla asimétrica.
Dicho objeto, según la invención, se soluciona mediante una unidad de convertidor y mediante un procedimiento según las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se indican formas de ejecución ventajosas de la unidad de convertidor y del procedimiento.
Se describe una unidad de convertidor para una transmisión de corriente continua de alta tensión,
- con un primer convertidor,
- donde una primera conexión de tensión continua del primer convertidor está conectada a un primer punto de conexión de conductor para un primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión,
- donde una segunda conexión de tensión continua del primer convertidor, formando un punto de conexión, está conectada a una unidad de impedancia que presenta una impedancia eléctrica, y
- la unidad de impedancia conecta el punto de conexión con potencial de tierra.
Expresado de otro modo, el punto de conexión, mediante la unidad de impedancia, está conectado a potencial de tierra. Esa unidad de convertidor, de manera ventajosa, presenta la unidad de impedancia que conecta el punto de conexión al potencial de tierra. La unidad de impedancia presenta una impedancia distinta de cero. A diferencia de una unidad de convertidor, en la que el punto de conexión está puesto a tierra de forma directa (es decir, en donde el punto de conexión está conectado al potencial de tierra casi sin impedancia, mediante un conductor eléctrico), aquí está proporcionada una unidad de impedancia para la conexión del punto de conexión con potencial de tierra. Esa unidad de impedancia, en caso de presentarse una falla asimétrica, atenúa la corriente de falla que circula desde el potencial de tierra hacia el punto de conexión. Debido a esto se logra que las corrientes alternas del lado primario presenten pasos por cero de corriente también en caso de producirse una falla asimétrica.
La unidad de convertidor de corriente está diseñada de manera que la segunda conexión de tensión continua del primer convertidor está conectada eléctricamente a una primera conexión de tensión continua de un segundo convertidor, donde una segunda conexión de tensión continua del segundo convertidor está conectada a un segundo punto de conexión de conductor para un segundo conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión. La unidad de convertidor, por tanto, presenta un segundo convertidor. Mediante una unidad de convertidor de esa clase, por ejemplo, puede realizarse una instalación HVDC de dos polos. Esa unidad de convertidor presenta dos convertidores que son influenciados mediante la unidad de impedancia. Con ello, resulta una unidad de convertidor para una transmisión de corriente continua de alta tensión,
- con un primer convertidor y con un segundo convertidor,
- donde una primera conexión de tensión continua del primer convertidor está conectada a un primer punto de conexión de conductor para un primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión,
- donde una segunda conexión de tensión continua del primer convertidor, formando un punto de conexión, está conectada eléctricamente a una primera conexión de tensión continua del segundo convertidor,
- donde una segunda conexión de tensión continua del segundo convertidor está conectada a un segundo punto de conexión de conductor para un segundo conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión, y
- donde el punto de conexión, mediante una unidad de impedancia que presenta una impedancia eléctrica, está conectado a potencial de tierra.
La unidad de convertidor también está configurada de manera que la unidad de impedancia presenta un componente de resistencia (óhmico). De manera ventajosa, ya con un componente de resistencia óhmico simple ("resistencia") puede lograrse que en el caso de una falla asimétrica las corrientes alternas del lado primario presenten pasos por cero.
La unidad de convertidor está configurada de manera que el componente de resistencia presente una resistencia óhmica de entre 5 ohmios y 5000 ohmios. Se ha observado que ya con resistencias óhmicas relativamente reducidas pueden alcanzarse pasos por cero de corriente en la corriente alterna del lado primario, en particular con resistencias óhmicas superiores a 5 ohmios. Pero el efecto deseado, de manera ventajosa, también puede alcanzarse con valores de resistencia más elevados, de hasta 5000 ohmios. Un valor de resistencia muy adecuado del componente de resistencia puede determinarse fácilmente mediante ensayos, seleccionando diferentes valores de resistencia durante un funcionamiento de prueba de la unidad de convertidor y a continuación controlando la corriente alterna del lado primario, en cuanto a si se presentan los pasos por cero de corriente deseados de modo fiable (en el caso de fallas asimétricas).
La unidad de convertidor está configurada de manera que el componente de resistencia está conectado en serie a un componente de inductancia. Mediante el componente de inductancia conectado en serie se reducen las corrientes de falla que circulan por la unidad de impedancia.
La unidad de convertidor también puede estar configurada de manera que el punto de conexión, de manera adicional, esté conectado a potencial de tierra mediante un protector de sobretensión. Mediante ese protector de sobretensión, de manera ventajosa, el componente de resistencia y eventualmente el componente de inductancia opcional se protegen de una sobretensión. Además, de manera ventajosa, la potencia de pérdida que se presenta en la unidad de impedancia puede dividirse en el componente de resistencia y en el componente de sobretensión. La unidad de convertidor puede estar configurada de manera que el protector de sobretensión esté conectado de forma paralela a la unidad de impedancia.
La unidad de convertidor también puede estar configurada de manera que el primer convertidor y/o el segundo convertidor presenten un circuito en serie formado por módulos, donde los módulos respectivamente presentan al menos dos elementos de conmutación electrónicos y un acumulador de energía eléctrico. Los módulos de esa clase en particular pueden estar configurados como los así llamados módulos de medio puente.
La unidad de convertidor también puede estar configurada de manera que el primer convertidor y/o el segundo convertidor respectivamente sea un convertidor multinivel modular. La unidad de impedancia en particular puede utilizarse de manera ventajosa en un convertidor multinivel modular con módulos de medio puente para asegurar pasos por cero de corriente en la corriente alterna del lado primario, mediante el disyuntor de tensión alterna.
Se describe además una instalación de transmisión de corriente continua de alta tensión con una unidad de convertidor según una de las variantes antes descritas.
Se describe además un procedimiento para el control de fallas en una unidad de convertidor para una transmisión de corriente continua de alta tensión
- donde la unidad de convertidor presenta un primer convertidor,
- donde una primera conexión de tensión continua del primer convertidor está conectada a un primer punto de conexión de conductor para un primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión,
- donde una segunda conexión de tensión continua del primer convertidor, formando un punto de conexión, está conectada a una unidad de impedancia (que presenta una impedancia eléctrica), y
- donde la unidad de impedancia conecta el punto de conexión con potencial de tierra,
- donde una conexión de tensión alterna del primer convertidor está conectada a un bobinado secundario de un primer transformador, y un bobinado primario del primer transformador está conectado a un primer disyuntor de corriente alterna, donde en el procedimiento
- una corriente de falla comienza a circular desde el potencial de tierra a través de la unidad de impedancia hacia el punto de conexión (y por rutas libres del primer convertidor), en respuesta a una falla (asimétrica, interna del convertidor) en la conexión de tensión alterna del primer convertidor, en particular en respuesta a una falla de un polo o de dos polos en la conexión de tensión alterna del primer convertidor,
- la corriente de falla se atenúa debido a la impedancia de la unidad de impedancia y en la unidad de impedancia se forma una tensión, debido a lo cual una corriente alterna que circula a través del bobinado primario del primer transformador (a pesar de la falla asimétrica) presenta pasos por cero, de manera que esa corriente alterna puede desconectarse mediante el primer disyuntor de corriente alterna.
El procedimiento también puede desarrollarse de manera que la segunda conexión de tensión continua del primer convertidor esté conectada eléctricamente a una primera conexión de tensión continua de un segundo convertidor, donde una segunda conexión de tensión continua del segundo convertidor está conectada a un segundo punto de conexión de conductor para un segundo conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión, donde una conexión de tensión alterna del segundo convertidor está conectada a un bobinado secundario de un segundo transformador, y un bobinado primario del segundo transformador está conectado a un segundo disyuntor de corriente alterna, donde en el procedimiento, la corriente de falla comienza a circular desde el potencial de tierra a través de la unidad de impedancia hacia el punto de conexión (y por las rutas libres del primer convertidor), en respuesta a una falla (asimétrica, interna del convertidor) en la conexión de tensión alterna del primer convertidor, o en la conexión de tensión alterna del segundo convertidor, en particular en respuesta a una falla de un polo o de dos polos en la conexión de tensión alterna del primer convertidor o en la conexión de tensión alterna del segundo convertidor,
- la corriente de falla se atenúa debido a la impedancia de la unidad de impedancia y en la unidad de impedancia se forma una tensión, debido a lo cual una corriente alterna que circula a través del bobinado primario del primer transformador o una corriente alterna que circula a través del bobinado primario del segundo transformador (a pesar de la falla asimétrica) presenta pasos por cero, de manera que esa corriente alterna puede desconectarse mediante el primer disyuntor de corriente alterna o mediante el segundo disyuntor de corriente alterna.
El procedimiento presenta las mismas ventajas que las indicadas anteriormente con relación a la unidad de convertidor.
A continuación, la invención se explica en detalle mediante ejemplos de ejecución. Los mismos símbolos de referencia remiten a elementos idénticos o que actúan del mismo modo. A este respecto, representan
Figura 1 un ejemplo de ejecución de un convertidor que presenta una pluralidad de módulos,
Figura 2 un ejemplo de ejecución de un módulo del convertidor,
Figura 3 un ejemplo de ejecución de una instalación de transmisión de corriente continua de alta tensión con dos unidades de convertidor, y
Figura 4 otro de ejecución de una instalación de transmisión de corriente continua de alta tensión con dos unidades de convertidor.
En la figura 1 se representa un convertidor 1 en forma de un convertidor multinivel modular 1 (en inglés modular multilevel converter, MMC). Este convertidor multinivel 1 presenta una primera conexión de tensión alterna 5, una segunda conexión de tensión alterna 7 y una tercera conexión de tensión alterna 9. La primera conexión de tensión alterna 5 está conectada eléctricamente a un primer ramal del módulo de fases 11 y a un segundo ramal del módulo de fases 13. El primer ramal del módulo de fases 11 y el segundo ramal del módulo de fases 13 forman un primer módulo de fases 15 del convertidor 1. El extremo del primer ramal del módulo de fases 11 apartado de la primera conexión de tensión alterna 5 está conectado eléctricamente a una primera conexión de tensión continua 16; el extremo del segundo ramal del módulo de fases 13 apartado de la primera conexión de tensión alterna 5 está conectado eléctricamente a una segunda conexión de tensión continua 17.
La segunda conexión de tensión alterna 7 está conectada eléctricamente a un extremo de un tercer ramal del módulo de fases 18 y a un extremo de un cuarto ramal del módulo de fases 21. El tercer ramal del módulo de fases 18 y el cuarto ramal del módulo de fases 21 forman un segundo módulo de fases 24. La tercera conexión de tensión alterna 9 está conectada eléctricamente a un extremo de un quinto ramal del módulo de fases 27 y a un extremo de un sexto ramal del módulo de fases 29. El quinto ramal del módulo de fases 27 y el sexto ramal del módulo de fases 29 forman un tercer módulo de fases 31.
El extremo del tercer ramal del módulo de fases 18 apartado de la segunda conexión de tensión alterna 7 y el extremo del quinto ramal del módulo de fases 27 apartado de la tercera conexión de tensión alterna 9 están conectados eléctricamente a la primera conexión de tensión continua 16. El extremo del cuarto ramal del módulo de fases 21 apartado de la segunda conexión de tensión alterna 7 y el extremo del sexto ramal del módulo de fases 29 apartado de la tercera conexión de tensión alterna 9 están conectados eléctricamente a la segunda conexión de tensión continua 17. El primer ramal del módulo de fases 11, el tercer ramal del módulo de fases 18 y el quinto ramal del módulo de fases 27 forman una parte del convertidor 32; el segundo ramal del módulo de fases 13, el cuarto ramal del módulo de fases 21 y el sexto ramal del módulo de fases 29 forman una parte del convertidor 33.
Cada ramal del módulo de fases presenta una pluralidad de módulos (1_1, 1_2, 1_3, 1_4 ... 1_n; 2_1 ... 2_n; etc.) que están conectados en serie eléctricamente (mediante sus conexiones de corriente galvánicas). Los módulos de esa clase también se denominan como submódulos. En el ejemplo de ejecución de la figura 1, cada ramal del módulo de fases presenta n módulos. El número de los módulos conectados en serie eléctricamente mediante sus conexiones de corriente galvánicas puede ser muy diferente; al menos tres módulos están conectados en serie, pero por ejemplo también 50, 100 o más módulos pueden estar conectados eléctricamente en serie. En el ejemplo de ejecución n = 36: el primer ramal del módulo de fases 11 presenta por tanto 36 módulos 1_1, 1_2, 1_3, ... 1_36. Los otros ramales del módulo de fases 13, 18, 21, 27 y 29 están estructurados del mismo modo.
Los módulos 1_1 a 6_n son activados por un dispositivo de control no representado. Desde ese dispositivo de control central se transmiten mensajes ópticos o señales ópticas, mediante una conexión de comunicaciones óptica 37 (por ejemplo mediante un guiaondas) hacia los módulos individuales. La transmisión de mensajes entre el dispositivo de control y un módulo, mediante símbolos, respectivamente está representada con una flecha 37; la dirección de la transmisión de mensajes está simbolizada mediante la punta de la flecha. Esto se representa en el ejemplo de los módulos 1_1, 1_4 y 4_5; hacia los otros módulos se envían mensajes del mismo modo. Por ejemplo, el dispositivo de control envía a los módulos individuales respectivamente un valor objetivo con respecto a la magnitud de la tensión de salida que debe proporcionar el respectivo módulo.
La primera conexión de tensión alterna 5, la segunda conexión de tensión alterna 7 y la tercera conexión de tensión alterna 9 están conectadas eléctricamente con bobinados secundarios 50 de un transformador trifásico 53. Los bobinados primarios 56 del transformador 53, mediante un disyuntor de corriente alterna de tres polos 59, están conectados eléctricamente a un sistema de tensión alterna 62. El sistema de tensión alterna 62, por ejemplo, puede tratarse de una red de tensión alterna 62 (en particular de una red de suministro de energía de tensión alterna). Los bobinados secundarios 50 y los bobinados primarios 56 pueden estar conectados respectivamente del modo deseado, por ejemplo en una conexión en estrella o en una conexión en triángulo.
A modo de ejemplo, en la figura 1 está representada una falla 65 de un polo (de una fase) que se produce en la tercera conexión de tensión alterna 9 del convertidor 1. En el ejemplo de ejecución se trata de una puesta a tierra 65 de la fase de la tensión alterna asociada a la tercera conexión de tensión alterna 9. Una falla de esa clase, que se produce desde una fase de la tensión alterna del convertidor 1 hacia el potencial de tierra 68, provoca una carga de corriente asimétrica en el lado secundario (por tanto, en el lado orientado hacia el convertidor 1) del transformador, que se transmite al lado primario (por tanto al lado apartado del convertidor 1) del transformador, lo que provoca que la corriente alterna que circula por el disyuntor de corriente alterna 59 ya no presente más pasos por cero de corriente. Los "pasos por cero de corriente faltantes" de esa clase, de la corriente alterna que circula por el disyuntor de corriente alterna 59 (después de la detección de la falla 65), afectan la apertura rápida del disyuntor de corriente alterna. La causa de ello reside en que en el caso de pasos por cero faltantes de la corriente un arco eléctrico (que se produce durante la apertura de los contactos mecánicos del disyuntor de corriente alterna 59) no se extingue de modo fiable. Por ese motivo se considera deseable que la corriente que circula por el disyuntor de corriente alterna 59 presente pasos por cero de corriente también en el caso de una falla asimétrica 65. Esto se logra mediante una unidad de impedancia, como se explica más adelante.
En la figura 2 se representa un ejemplo de ejecución de un módulo 200 del convertidor 1. El mismo puede tratarse por ejemplo de uno de los módulos 1_1 ... 6_n representados en la figura 1.
El módulo 200 está configurado como un módulo de medio puente 200. El módulo 200 presenta un primer elemento de conmutación electrónico 202 (que puede desconectarse) (primera válvula de semiconductor 202 que puede desconectarse) con un primer diodo 204 conectado de forma anti-paralela. Además, el módulo 200 presenta un segundo elemento de conmutación electrónico 206 (que puede desconectarse) (segunda válvula de semiconductor 206 que puede desconectarse) con un segundo diodo 208 conectado de forma anti-paralela, así como un acumulador de energía eléctrico 210 en forma de un condensador 210. El primer elemento de conmutación electrónico 202 y el segundo elemento de conmutación electrónico 206 respectivamente están configurados como un IGBT (insulated gate bipolar transistor, del inglés, transistor bipolar de puerta aislada). El primer elemento de conmutación 202 está conectado eléctricamente en serie con el segundo elemento de conmutación electrónico 206. En el punto de conexión entre los dos elementos de conmutación 202 y 206 está dispuesta una primera conexión del módulo galvánica 212. En la conexión del segundo elemento de conmutación electrónico 206, que se opone al punto de conexión, está dispuesta una segunda conexión del módulo galvánica 215. La segunda conexión del módulo 215, además, está conectada eléctricamente a una primera conexión del acumulador de energía 210; una segunda conexión del acumulador de energía 210 está conectada eléctricamente a la conexión del primer elemento de conmutación electrónico 202 que se opone al punto de conexión.
El acumulador de energía 210, por tanto, está conectado eléctricamente de forma paralela con respecto al circuito en serie formado por el primer elemento de conmutación electrónico 202 y el segundo elemento de conmutación electrónico 206. Mediante una activación correspondiente del primer elemento de conmutación electrónico 202 y del segundo elemento de conmutación electrónico 206, por medio de un dispositivo de control electrónico (no representado) del convertidor, puede lograrse que entre la primera conexión del módulo 212 y la segunda conexión del módulo 215, se emita la tensión del acumulador de energía 210 o no se emita ninguna tensión (es decir, que se emita una tensión nula). Mediante la interacción de los módulos de los ramales del módulo de fases individuales, de este modo, puede generarse la tensión de salida respectivamente deseada del convertidor.
En la figura 3 se representa un ejemplo de ejecución de una instalación de transmisión de corriente continua de alta tensión 300 (HVDC 300). Esa instalación HVDC presenta una primera unidad de convertidor 303 y una segunda unidad de convertidor 306. La primera unidad de convertidor 303 y una segunda unidad de convertidor 306 están conectadas eléctricamente entre sí mediante un primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión 309 (conductor HVDC 309) y mediante un segundo conductor HVDC 312. La primera unidad de convertidor 303 forma una primera estación de convertidor 303 de la instalación HVDC 300; la segunda unidad de convertidor 306 forma una segunda estación de convertidor 306 de la instalación HVDC 300.
La primera unidad de convertidor 303 presenta un primer convertidor 315 y un segundo convertidor 318. La segunda unidad de convertidor 306 presenta un primer convertidor 321 y un segundo convertidor 324. Una primera conexión de tensión continua 327 del primer convertidor 315 está conectada eléctricamente a un primer punto de conexión de conductor 330 para el primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión 309. Una segunda conexión de tensión continua 333 del segundo convertidor 315, formando un punto de conexión 336, está conectada eléctricamente a una unidad de impedancia 339. La unidad de impedancia 339 presenta una impedancia eléctrica distinta de cero. La unidad de impedancia 339 conecta el punto de conexión 336 al potencial de tierra 342. Expresado de otro modo, el punto de conexión 336, mediante la unidad de impedancia 339, está conectado eléctricamente a potencial de tierra 342. El punto de conexión 336 está conectado eléctricamente a una primera conexión de tensión continua 345 del segundo convertidor 318. Una segunda conexión de tensión continua 348 del segundo convertidor 318 está conectada eléctricamente a un segundo punto de conexión de conductor 352 para el segundo conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión 312.
En la instalación HVDC 300 están dispuestos interruptores eléctricos S1 a S19. Con esos interruptores S1 a S19, según la necesidad, pueden separarse eléctricamente o puentearse distintas partes de la instalación. Mediante ese interruptor, por tanto, la instalación HVDC 300 puede configurarse por ejemplo puenteando convertidores individuales o separando convertidores individuales del resto de la instalación. El interruptor S7 es un primer disyuntor de corriente alterna S7; el interruptor S8 es un segundo disyuntor de corriente alterna S8. El interruptor S15 es un tercer disyuntor de corriente alterna S15 y el interruptor S16 es un cuarto disyuntor de corriente alterna S16. Los interruptores S1-S6, S9-S14 y S17-S19 restantes son interruptores opcionales, es decir, que la instalación HVDC 300 en general funciona también sin esos interruptores opcionales.
La unidad de impedancia 339 presenta un primer componente de resistencia (óhmico) 355. Un componente de inductancia 358 está conectado en serie con respecto al componente de resistencia 355. Paralelamente con respecto al componente de resistencia 355, así como paralelamente con respecto al circuito en serie del componente de resistencia 355 y el componente de inductancia 358, de manera opcional, está conectado un protector de sobretensión 361. El punto de conexión 336, por tanto, de manera adicional, también puede estar conectado con potencial de tierra 342 mediante el protector de sobretensión 361. El protector de sobretensión 361 está conectado de forma paralela con respecto a la unidad de impedancia 339. Es suficiente con que el punto de conexión 336, mediante el componente de resistencia 355 y el componente de inductancia 358, esté conectado a potencial de tierra 342. Los otros elementos (protector de sobretensión 361, interruptor S17) son opcionales y también pueden omitirse en otros ejemplos de ejecución.
El componente de resistencia 355 presenta una resistencia óhmica de entre 5 ohmios y 5000 ohmios. El componente de resistencia 355, por tanto, presenta una resistencia óhmica distinta de cero; la unidad de impedancia presenta una impedancia distinta de cero. Se ha comprobado que ya resistencias óhmicas reducidas, como por ejemplo de 5 ohmios, pueden ser suficientes para asegurar pasos por cero de corriente en la corriente alterna que circula por el disyuntor. Sin embargo, naturalmente, el componente de resistencia 355 debe estar adaptado a las respectivas condiciones técnicas. El experto, con una serie de ensayos sencilla, puede determinar un valor de resistencia muy adecuado del componente de resistencia, en donde éste, en el caso de distintos valores de resistencia, genera una falla asimétrica y se analiza la corriente alterna del lado primario en cuanto a la presencia de pasos por cero de corriente. Si después de una falla asimétrica simulada se encuentran presentes pasos por cero de corriente de la corriente alterna, entonces el respectivo valor de resistencia es adecuado.
Una conexión de tensión alterna 364 del primer convertidor 315 está conectada eléctricamente a bobinados secundarios 367 de un transformador trifásico 370. Los bobinados primarios 373 del transformador 370, mediante el disyuntor de corriente alterna trifásico S7, están conectados eléctricamente a un primer sistema de tensión alterna 379 (en particular a una red de tensión alterna 379).
Del mismo modo, una conexión de tensión alterna 385 del segundo convertidor 318 está conectada eléctricamente a bobinados secundarios 388 de un segundo transformador 391. Los bobinados primarios 394 del segundo transformador 391, mediante un segundo disyuntor de corriente alterna S8, están conectados eléctricamente al sistema de tensión alterna 379.
Para la corriente alterna que circula por el disyuntor de corriente alterna S7, mediante la unidad de impedancia 339, se asegura que también en el caso de una falla asimétrica se encuentren presentes pasos por cero de corriente. La corriente alterna que circula por ese disyuntor de corriente alterna S7, por tanto, forma la corriente que circula en el lado primario del primer transformador 370. Durante el funcionamiento normal, el disyuntor de corriente alterna S7 está cerrado, de manera que la corriente de servicio del convertidor circula por el disyuntor de corriente alterna S7. El disyuntor de corriente alterna S7 se abre caso de detectarse una falla, en particular en caso de detectarse una falla asimétrica. De modo correspondiente, esto también se aplica al segundo disyuntor de corriente alterna S8. También para la corriente alterna que circula por el segundo disyuntor de corriente alterna S8, mediante la unidad de impedancia 339, se asegura que en el caso de una falla asimétrica se encuentren presentes pasos por cero de corriente.
La segunda unidad de convertidor 306 está estructurada del mismo modo que la primera unidad de convertidor 303. El primer convertidor 321 y el segundo convertidor 324 de la segunda unidad de convertidor 306 están conectados eléctricamente en serie formando un segundo punto de conexión 336'. Del mismo modo, la unidad de convertidor 306, mediante transformadores y disyuntores de corriente alterna, está conectada a un segundo sistema de tensión alterna 398 (en particular a una segunda red de tensión alterna 398). La segunda unidad de convertidor 306, de manera opcional, igualmente puede presentar una segunda unidad de impedancia 399 con un protector de sobretensión 400 conectado de forma paralela. Mediante el interruptor S19, la unidad de impedancia 399 puede separarse del punto de conexión entre el primer convertidor 321 y el segundo convertidor 324; la unidad de impedancia 399 puede puentearse mediante el interruptor S18. Para la transmisión de potencia es suficiente con que una de las dos unidades de convertidor 303 y 306 esté provista de una unidad de impedancia.
En caso de producirse una falla asimétrica, una corriente de falla I comienza a circular hacia el potencial de tierra 342, que se cierra mediante la unidad de impedancia 339 hacia el punto de conexión 336, mediante las rutas libres (diodos libres) del convertidor 315. Mediante la unidad de impedancia 339, en particular mediante el componente de resistencia 355, la corriente de falla I se atenúa y en la unidad de impedancia 339 se forma una tensión. Debido a esto se logra que la corriente alterna que circula por el bobinado primario 373 del primer transformador 370 presente pasos por cero. A continuación esa corriente alterna puede desconectarse mediante el primer disyuntor de corriente alterna S7.
En la figura 4 está representada otra instalación HVDC 400. Esa otra instalación HVDC 400 se diferencia de la instalación HVDC 300 representada en la figura 3 solamente en que la primera unidad de convertidor 303, adicionalmente mediante un tercer conductor HVDC 430, está conectada eléctricamente a la segunda unidad de convertidor 306. En este caso, la segunda conexión de tensión continua 333 del primer convertidor 315 (y, con ello, también el primer punto de conexión 336), mediante el interruptor S20, está conectada eléctricamente (de forma conmutable) a un tercer punto de conexión del conductor 433 para el tercer conductor HVDC 430. Del mismo modo, la segunda conexión de tensión continua 436 del primer convertidor 321, mediante el interruptor S21 (de forma conmutable) está conectada eléctricamente a otro punto de conexión del conductor 439 para el tercer conductor HVDC 430. Esa otra instalación HVDC 400, en comparación con la instalación HVDC 300 representada en la figura 3, ofrece la ventaja de que también en el caso de una falla del primer conductor HVDC 309 o del segundo conductor HVDC 312, la instalación HVDC 400 puede continuar funcionando con un polo mediante el tercer conductor HVDC 430 (sin una interrupción).
Se describieron una unidad de convertidor y un procedimiento, en los cuales, mediante una unidad de impedancia, están asegurados pasos por cero de la corriente alterna en las conexiones de tensión alterna del transformador, del lado primario, también si se encuentra presente una falla asimétrica (interna del convertidor). Mediante la unidad de impedancia, una impedancia eléctrica se introduce en la ruta de puesta a tierra de la unidad de convertidor. Esto se considera especialmente ventajoso, de manera que mediante la unidad de impedancia pueden solucionarse fallas sin que sean necesarios interruptores de puentes de cortocircuito en un lado primario, un lado secundario o un lado terciario del transformador. En comparación con un interruptor de puentes de cortocircuito del lado primario o del lado secundario se considera especialmente ventajoso que no se presente ninguna carga adicional de la red de tensión alterna (sistema de tensión alterna). Además, de manera ventajosa, puede utilizarse un disyuntor de corriente alterna habitual, ya que están asegurados pasos por cero de la corriente (que circula por el disyuntor de corriente alterna). No se necesita una nueva activación del disyuntor de corriente alterna (puede utilizarse un software de control y de protección convencional) y, por lo demás, no se necesita una nueva coordinación del disyuntor de corriente alterna.
En comparación con un puente cortocircuitador del lado terciario resultan las siguientes ventajas:
- es posible un diseño del transformador conveniente en cuanto a los costes (no se necesita un bobinado terciario que pueda cargarse en alto grado)
- no existe una dependencia de parámetros de la red
- no se necesitan nuevas adaptaciones del software de control y de protección, porque puede utilizarse un disyuntor de corriente alterna habitual.
De manera ventajosa, mediante la unidad de impedancia se posibilita una resolución de fallas pasiva. Es decir, que no deben cerrarse o abrirse componentes (por ejemplo interruptores de puente cortocircuitador). Esto posibilita una resolución de fallas sencilla y conveniente en cuanto a los costes. Además, la solución descrita con la unidad de impedancia es neutral en cuanto a pérdidas, porque la unidad de impedancia está instalada por fuera de la ruta de corriente principal de la unidad de convertidor. Expresado de otro modo, en general sólo en caso de presentarse una falla, una corriente circula por la unidad de impedancia.
De manera ventajosa, por tanto, en particular la resolución de fallas, de fallas asimétricas (internas del convertidor) (por ejemplo de fallas que se producen en un polo con respecto a tierra), es posible sin utilizar puentes de cortocircuito. Mediante la unidad de impedancia en la ruta de puesta a tierra se atenúa la corriente de falla I (que circula desde el lado secundario del transformador hacia el potencial de tierra, por la unidad de impedancia). Mediante la corriente de falla I, por medio de la unidad de impedancia 339, se forma una tensión opuesta. Debido a esto se producen pasos por cero de corriente naturales de la corriente alterna en el lado primario del transformador y, con ello, en el disyuntor de corriente alterna.
La solución descrita, de manera especialmente ventajosa, puede aplicarse en convertidores de fuente de tensión bipolares en base a la tecnología de medio puente.
Claims (8)
1. Procedimiento para controlar una falla en una unidad de convertidor (303) para una transmisión de corriente continua de alta tensión
- donde la unidad de convertidor (303) presenta un primer convertidor (315),
- donde una primera conexión de tensión continua (327) del primer convertidor (315) está conectada a un primer punto de conexión de conductor (330) para un primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión (309),
- donde una segunda conexión de tensión continua (333) del primer convertidor (315), formando un punto de conexión (336), está conectada a una unidad de impedancia (339) que presenta una impedancia eléctrica, - donde la unidad de impedancia (339) conecta el punto de conexión (336) con potencial de tierra (342), - donde la unidad de impedancia (339) presenta un componente de resistencia óhmico (355) que está conectado en serie a un componente de inductancia (358),
- donde el componente de resistencia (355) presenta una resistencia óhmica de entre 5 ohmios y 5000 ohmios, y
- donde una conexión de tensión alterna (364) del primer convertidor (315) está conectada a un bobinado secundario (367) de un primer transformador (370), y un bobinado primario (373) del primer transformador (370) está conectado a un primer disyuntor de corriente alterna (S7), donde en el procedimiento
- una corriente de falla (I) comienza a circular desde el potencial de tierra (342) a través de la unidad de impedancia (339), hacia el punto de conexión (336), en respuesta a una falla de un polo o de dos polos en la conexión de tensión alterna (364) de tres polos del primer convertidor (315),
- la corriente de falla (I) se atenúa debido a la impedancia de la unidad de impedancia (339) y en la unidad de impedancia (339) se forma una tensión, debido a lo cual una corriente alterna que circula a través del bobinado primario (373) del primer transformador (370) presenta pasos por cero, de manera que esa corriente alterna puede desconectarse mediante el primer disyuntor de corriente alterna (S7), y
- a continuación, la corriente alterna se desconecta mediante el primer disyuntor de corriente alterna (S7).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
- donde la segunda conexión de tensión continua (333) del primer convertidor (315) está conectada eléctricamente a una primera conexión de tensión continua (345) de un segundo convertidor (318),
- donde una segunda conexión de tensión continua (348) del segundo convertidor (318) está conectada a un segundo punto de conexión de conductor (352) para un segundo conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión (312),
- donde una conexión de tensión alterna (385) del segundo convertidor (318) está conectada a un bobinado secundario (388) de un segundo transformador (391), y un bobinado primario (394) del segundo transformador (391) está conectado a un segundo disyuntor de corriente alterna (S8), donde en el procedimiento
- la corriente de falla (I) comienza a circular desde el potencial de tierra (342) a través de la unidad de impedancia (339), hacia el punto de conexión (336), en respuesta a una falla de un polo o de dos polos en la conexión de tensión alterna (364) de tres polos del primer convertidor (315) o en la conexión de tensión alterna (385) de tres polos del segundo convertidor (318),
- la corriente de falla (I) se atenúa debido a la impedancia de la unidad de impedancia (339) y en la unidad de impedancia (339) se forma una tensión, debido a lo cual una corriente alterna que circula a través del bobinado primario (373) del primer transformador (370) o del bobinado primario (394) del segundo transformador (391) presenta pasos por cero, de manera que esa corriente alterna puede desconectarse mediante el primer disyuntor de corriente alterna (S7) o mediante el segundo disyuntor de corriente alterna (S8), y
- a continuación, esa corriente alterna se desconecta mediante el primer disyuntor de corriente alterna (S7) o mediante el segundo disyuntor de corriente alterna (S8).
3. Unidad de convertidor (303) para una transmisión de corriente continua de alta tensión
- con un primer transformador (370) y un segundo transformador (391),
- con una unidad de impedancia (339) que presenta una impedancia eléctrica, y
- con un primer convertidor (315) y con un segundo convertidor (318),
- donde una primera conexión de tensión continua (327) del primer convertidor (315) está conectada a un primer punto de conexión de conductor (330) para un primer conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión (309),
- donde una segunda conexión de tensión continua (333) del primer convertidor (315), formando un punto de conexión (336), está conectada a una unidad de impedancia (339),
- la unidad de impedancia (339) conecta el punto de conexión (336) con potencial de tierra (342), y
- la segunda conexión de tensión continua (333) del primer convertidor (315) está conectada eléctricamente a una primera conexión de tensión continua (345) del segundo convertidor (318),
- donde una segunda conexión de tensión continua (348) del segundo convertidor (318) puede conectarse a un segundo punto de conexión de conductor (352) para un segundo conductor de transmisión de corriente continua de alta tensión (312),
- la unidad de impedancia (339) presenta un componente de resistencia óhmico (355) y un componente de inductancia (358), y
- el componente de resistencia óhmico (355) está conectado en serie con el componente de inductancia (358),
- donde una conexión de tensión alterna (364) del primer convertidor (315) está conectada a un bobinado secundario (367) del primer transformador (370), y
- donde una conexión de tensión alterna (385) del segundo convertidor (318) está conectada a un bobinado secundario (388) del segundo transformador (391),
caracterizada porque
- la unidad de convertidor presenta un primer disyuntor de corriente alterna (S7) y un segundo disyuntor de corriente alterna (S8), un bobinado primario (373) del primer transformador (370) está conectado al primer disyuntor de corriente alterna (S7),
- un bobinado primario (394) del segundo transformador (391) está conectado al segundo disyuntor de corriente alterna (S8),
- el componente de resistencia (355) presenta una resistencia óhmica de entre 5 ohmios y 5000 ohmios, y - la unidad de convertidor (303) está configurada para realizar el procedimiento según la reivindicación 1 ó 2.
4. Unidad de convertidor según la reivindicación 3, que presenta un protector de sobretensión (361), donde
- el punto de conexión (336), adicionalmente mediante el protector de sobretensión (361), está conectado a potencial de tierra (342).
5. Unidad de convertidor según la reivindicación 4, donde
- el protector de sobretensión (361) está conectado paralelamente con respecto a la unidad de impedancia (339).
6. Unidad de convertidor según las reivindicaciones 3 a 5, donde
- el primer convertidor (315) y/o el segundo convertidor (318) presentan una conexión en serie formada por módulos (200), donde los módulos (200) respectivamente presentan al menos dos elementos de conmutación electrónicos (202, 206) y un acumulador de energía eléctrico (210).
7. Unidad de convertidor según las reivindicaciones 3 a 6, donde
- el primer convertidor (315) y/o el segundo convertidor (318) presentan un convertidor multinivel modular.
8. Instalación de transmisión de corriente continua de alta tensión (300) con una unidad de convertidor (303) según una de las reivindicaciones 3 a 7.
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