PT792483E - Controlador de energia de linha de transmissao com uma fonte de tensao controlavel continuamente que responde a uma procura de energia real e a uma procura de nergia reactiva - Google Patents
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Description
86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ
DESCRICÁO “Controlador de energia de linha de transmissão com uma fonte de tensão controlável continuamente, que responde a uma procura de energia real e a uma procura de energia reactiva”
Breve descrição do invento
Este invento refere-se, em geral, ao controlo de energia eléctrica em quantidade numa linha de transmissão. Mais em particular, este invento refere-se a um aparelho de controlo de fluxo de energia unificado com uma fonte de tensão controlável continuamente, que produz um fluxo de energia real e reactivo desejado numa linha de transmissão trifásica.
Antecedentes do invento
Um controlador de fluxo de energia generalizado é descrito por Gyugyi et. ai, na patente US 5,343,139, intitulada “Generalized Fast, Power Flow Controller” (a patente de Gyugyi). Este dispositivo é referido como um controlador de fluxo de energia unificado (UPFC). A arquitectura de uma implementação de UPFC está representada na Fig. 1.
Esta implementação do UPFC 20 inclui um inversor em paralelo 22, ligado a um inversor em série 24, através de uma união DC 26. Os inversores da Fig. 1 incluem cada um seis comutadores semicondutores 28, tais como os tirístores de porta-desligar (GTO), cada um dos quais é derivado em paralelo por um díodo ligado em inverso-paralelo 30. O UPFC 20 está ligado a uma linha de transmissão 34 através de um transformador de derivação em paralelo 36 e um transformador em série 38. Como utilizada aqui, a expressão linha de transmissão inclui as três linhas de um sistema de transmissão trifásico.
De acordo com a técnica anterior, o UPFC 20 inclui um controlador 40, que executa uma estratégia de controlo com base na emulação dos dispositivos de controlo de linha convencionais, tais como os condensadores em série com controlo por tirístor ou os reguladores de ângulo de fase com controlo por tirístor. Isto é, o controlador 40 monitora os parâmetros de linha seleccionados e, em resposta aos mesmos, faz disparar os comutadores 28, para realizar uma estratégia de controlo de linha convencional.
Em geral, o UPFC 20 funciona como um conversor de energia AC para AC, no qual a energia real pode fluir livremente em qualquer direcção entre os terminais AC dos dois inversores. Além disso, cada inversor pode, independentemente, gerar ou absorver a energia reactiva no seu próprio terminal de saída AC. O inversor em série 24 pode ser olhado como uma fonte de tensão em série com grandeza e ângulo controláveis. O inversor em paralelo 22 pode ser olhado como uma fonte de corrente de factor de potência unitário, com uma grandeza que é suficiente para assegurar que a energia real absorvida pelo dispositivo de derivação em paralelo é igual e oposta à energia real absorvida pelo dispositivo em série. O inversor em série 24 fornece a função principal do UPFC 24 pelo injecção, através do transformador em série 38 de uma tensão AC Vpq, com grandeza e ângulo de fase controláveis em relação à fase da tensão de linha de transmissão. Esta tensão em série injectada pode ser considerada como uma fonte de tensão AC assíncrona. Na técnica anterior, a selecção da grandeza e do ângulo de fase da tensão injectada Vpq foi utilizada para ajustar qualquer um ou mais dos seguintes parâmetros de sistema: grandeza de tensão de linha de transmissão, impedância de linha de transmissão e ângulo de fase de tensão de linha de transmissão. A energia real que é injectada pelo inversor em série 24 é obtida a partir do inversor em paralelo 22. O inversor em paralelo 22 fornece ou absorve a energia real através do transformador de derivação em paralelo 36. O inversor em paralelo 22 pode também gerar ou absorver a energia reactiva controlável no transformador de derivação em paralelo 36 e, desse modo, pode fornecer compensação reactiva de derivação em paralelo independente para a linha. O fluxo da energia real na ou fora da união AC 26 é determinada pelo ângulo de fase da tensão AC gerada pelo inversor em paralelo em relação à tensão de sistema AC. O fluxo da energia reactiva para o inversor em paralelo ou a partir do mesmo é determinada pela diferença de amplitudes entre o sinal de tensão AC do inversor em paralelo 22 e o sinal de tensão AC na linha de transmissão 34. Se a amplitude do sinal de tensão AC vindo do inversor em paralelo 32 é maior do que a amplitude do sinal de tensão AC na linha de transmissão 34, então o inversor em paralelo 22 fornece a energia reactiva capacitiva. Se a amplitude do sinal de tensão AC vindo do inversor em paralelo 32 é menor do que a amplitude do sinal de tensão
86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ AC na linha de transmissão 34, então o inversor em paralelo 22 consome energia reactiva e indutiva.
Deve ser notado que existe um percurso fechado para a energia real vinda da linha de transmissão 34, através do transformador de derivação em paralelo 36, através do inversor em paralelo 22, através da união DC 26, através do inversor em série 24 e através do transformador em série 38, de retorno para a linha de ' transmissão 34. Pelo contrário, a energia reactiva correspondente é fornecida ou absorvida localmente pelo inversor em paralelo 22 e, por conseguinte, não flui através da linha. Assim, o inversor em paralelo 22 pode ser operado com um factor de potência unitário ou o mesmo pode ser controlado para ter uma permuta de energia reactiva com a linha, independentemente da energia reactiva permutada pelo inversor em série. Por conseguinte, não existe fluxo de energia reactiva através do UPFC 20.
As operações básicas do inversor em paralelo e do inversor em série podem ser estabelecidas por qualquer número de técnicas bem conhecidas, tais como a modulação de largura de impulso (PWM). Indiferentemente da técnica seleccionada, o inversor em paralelo mantém a tensão de união DC a um nível essencialmente constante, que corresponde à tensão de saída mais elevada, produzida por cada inversor.
Como anteriormente indicado, os UPFC 20 são controlados convencionalmente a partir do ponto de vista das práticas de transmissão de energia existentes, com base na compensação de derivação em paralelo reactiva, na compensação em série e no deslocamento de fase. Por exemplo, pode ser conseguida a regulação de tensão de terminal quando Vpq é injectada em fase ou contra a fase com a linha de tensão V para produzir a tensão de linha condicionada V’. Para fornecer compensação capacitiva em série, Vpq é injectada em quadratura com a corrente de linha I. É conseguida a regulação do ângulo de transmissão, quando Vpq é injectada com uma relação angular em relação a V, que consegue o deslocamento de fase desejado (avanço ou retardo) sem qualquer alteração em grandeza. A patente US 5,343,139 acima mencionada, é baseada nestes paradigmas tradicionais para controlar o UPFC. Em particular, a patente indica que o controlador é utilizado para operar o inversor em paralelo e o inversor em série de uma maneira coordenada, para assegurar que: “(1) a tensão de saída AC do 4 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ [inversor em série é] injectada em fase para satisfazer os requisitos instantâneos dos parâmetros de sistema controlados (impedância de linha, ângulo de fase, grandeza de tensão) na extremidade de saída do [transformador em série] para a transferência de energia óptima, como ditado pelos sinais de referência relevantes, fornecidos para o [controlador 40], e (2) a tensão de saída AC do [inversor em paralelo é] acoplada ao sistema AC pelo [transformador de derivação em paralelo e] tem a grandeza e ângulo de fase apropriados para proporcionar a procura de energia real do [inversor em série] e para gerar ou absorver a energia reactiva na extremidade de entrada do [transformador em série] para regular a tensão nesse ponto de acordo com uma referência definida externamente.” A última patente indica que os sinais de referência definidos externamente são apenas entrada de controlo para o sistema. Um sinal de referência é um sinal de grandeza de tensão para o controlo de inversor de derivação em paralelo (τ*) e o outro sinal de referência é um sinal de referência de ângulo (a*). Assim, a técnica anterior refere-se à orientação da actividade de comutação dentro dos circuitos electrónicos de energia do UPFC 20, de tal modo que o UPFC 20 opera como os dispositivos de controlo de linha de energia convencionais.
Um inconveniente da abordagem do controlo de um UPFC 20 para emular os dispositivos de controlo de linha de tensão convencionais é que anteriormente estes dispositivos foram utilizados individualmente. Por conseguinte, não existem regras para a utilização dos mesmos em conjunto, para se conseguir o controlo óptimo do fluxo de energia.
Seria desejável introduzir um paradigma completamente novo para o controlo das linhas de transmissão de energia. Isto é, deve ser desejável desenvolver um sistema de controlo de energia de linha de transmissão que não se baseia na emulação dos dispositivos de controlo de linha de energia convencionais. A patente US n°. 5198746 descreve um sistema de compensação de impedância em série para um conjunto de linhas de transmissão de energia eléctrica. O sistema de compensação de impedância é acoplado em série a cada linha de transmissão para equilibrar dinamicamente a impedância indutora na linha de transmissão, que responde à procura, pela injecção de um componente de tensão substancialmente com ângulos de fase de adiantamento ou de atraso em relação aos componentes de tensão e corrente da linha de transmissão. A tensão injectada é determinada em resposta às condições de linha de transmissão dinâmicas. 5 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ
Sumário do invento
De acordo com o presente invento é proporcionado um controlador de fluxo de energia de linha de transmissão, para controlo do fluxo de energia eléctrica num sistema de transmissão de corrente alterna, que compreende um circuito de controlo de energia de linha de transmissão, que inclui um controlador de energia para gerar um sinal de referência de corrente a partir de um sinal de tensão de linha de transmissão, um sinal de procura de fluxo de energia real e um sinal de procura de fluxo de energia reactiva e um compensador de circuito fechado de controlo de vector para gerar um sinal de referência de fonte de tensão a partir de um sinal de corrente de linha de transmissão e do dito sinal de referência de controlo de corrente; e um inversor em série, ligado ao dito circuito de controlo de energia de linha de transmissão para processar o dito sinal de referência de fonte de tensão e gerar uma tensão injectada, que é aplicada ao dito sistema de transmissão de corrente alterna para forçar a corrente do dito sistema de transmissão de corrente alterna para um valor desejado, que corresponde ao dito sinal de procura de fluxo de energia real e ao dito sinal de procura de fluxo de energia reactivo.
Numa concretização, o controlador de energia de linha de transmissão está disposto para controlo do fluxo da energia eléctrica num sistema de transmissão trifásico de corrente alterna. A implementação preferida do controlador de linha de energia inclui um inversor em paralelo, ligado a um inversor em série através de uma união DC. O inversor em paralelo está ligado em derivação em paralelo ao sistema de transmissão através de um transformador de derivação em paralelo. O inversor em série está ligado em série ao sistema de transmissão através de um transformador em série. Um circuito de controlo de energia de linha de transmissão é utilizado para especificar uma procura de energia real e uma procura de energia reactiva desejadas para o sistema de transmissão. O circuito de controlo de energia processa esta informação em conjunto com um vector de tensão de linha de transmissão e um vector de corrente de linha de transmissão para produzir um sinal de referência de fonte de tensão que é aplicado ao inversor em série. Em resposta ao sinal de referência de fonte de tensão, o inversor em série produz um vector de tensão injectado no sistema de transmissão. O vector de tensão injectado força o vector de corrente de linha de transmissão para um valor desejado, que corresponde à procura de energia real e de energia reactiva especificadas. Assim, o fluxo de energia real e de energia reactiva desejado é conseguido rapidamente no sistema de transmissão.
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Breve descrição dos desenhos
Os exemplos das concretizações do presente invento serão agora descritos com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Fig. 1 é uma representação de um controlador de fluxo de energia unificado da técnica anterior; a Fig. 2 é uma representação do controlador de energia de linha de transmissão de uma concretização do presente invento; a Fig. 3 representa uma concretização do controlador de energia do circuito de controlo de energia do invento; a Fig. 4 representa uma concretização do compensador de circuito fechado de controlo de vector do circuito de controlo de energia do invento; a Fig. 5 é uma representação vectorial do compensador de circuito fechado de controlo de vector de uma concretização do invento; a Fig. 6 é uma concretização alternativa do compensador de circuito fechado de controlo de vector, para ser utilizada para eliminar as oscilações de energia ou os transientes de energia rápidos; a Fig. 7 é uma concretização alternativa do processador de estrutura de referência síncrono do compensador de circuito fechado de controlo de vector; e a Fig. 8 é uma concretização alternativa do compensador de circuito fechado de controlo de vector, para ser utilizada para eliminar um componente de linha de sequência negativo.
Os números de referência semelhantes referem-se a parte correspondentes através das diversas vistas dos desenhos.
Descrição pormenorizada das concretizações do invento A Fig. 2 representa um controlador de energia de linha de transmissão 50, de acordo com uma concretização do invento. O controlador de energia de linha de 7 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ transmissão 50 inclui um certo número dos elementos anteriormente descritos em relação ao controlador de fluxo de energia unificado da técnica anterior. Em particular, a figura representa um inversor em paralelo 22, ligado a um inversor em série através de uma união DC 26. O inversor em paralelo 22 está ligado em derivação em paralelo a uma linha de transmissão trifásica 34, através de um transformador de derivação em paralelo 36. O inversor em série 24 está ligado à linha de transmissão trifásica 34 através de um transformador em série 38.
De acordo com esta concretização, o controlo do inversor em paralelo 22, do inversor em série 24 e da união DC 26 é conseguido através do circuito de controlo de energia de linha de transmissão 52. O circuito de controlo de energia de linha de transmissão 52 inclui um controlador de energia 54 e um compensador de circuito fechado de controlo de vector 56.
Um conjunto de transdutores de energia convencionais 58 são utilizados num circuito fechado de realimentação, para gerarem continuamente um sinal de vector de corrente de linha de transmissão ΙΛ e um sinal de vector de tensão de linha de transmissão Va. O controlador de energia 54 recebe um sinal de vector de tensão de linha de transmissão Va, uma procura de energia real (P) e uma procura de energia reactiva (Q). A procura de energia real pode ser estabelecida através de um dispositivo de especificação de fluxo de energia real . Este dispositivo pode ser um sistema de computador de supervisão, um teclado, um mostrador analógico, um comutador de polegar-roda, etc. O dispositivo de especificação de fluxo de energia reactivo é utilizado de modo semelhante para obter a procura de energia reactiva.
Estes sinais são processados pelo controlador de energia 54, para produzir um sinal de referência de controlo de corrente lAref, o qual é processado pelo compensador de circuito fechado de controlo de vector 56, para produzir um sinal de referência de fonte de tensão VAS_ref. O sinal de referência de fonte de tensão VAs_ref é processado pelo inversor em série 24, de uma maneira convencional, para gerar um vector de tensão injectado VAinj. O vector de tensão injectado VAinj força o vector de corrente de linha de transmissão Ia para um valor desejado, que corresponde à procura de energia real P e à procura de energia reactiva Q. Assim, no ponto de amostragem nos transdutores de energia 58, a energia na linha de transmissão corresponde à procura de energia real P e à procura de energia reactiva Q.
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Em suma, o controlador de energia de linha de transmissão 50, desta concretização, utiliza o vector de tensão injectado VAjnj como uma função de forçamento de vector controlável, para forçar o vector de corrente de linha de transmissão ΙΛ a produzir o fluxo de energia real e de energia reactiva desejado na linha de transmissão. O vector de tensão injectado é estabelecido pelo circuito de controlo de energia 52, quando o mesmo monitora a tensão de linha de transmissão Va e calcula continuamente a referência de corrente apropriada para uma energia real (P) e uma energia reactiva (Q) desejadas. O controlo automático de um vector de tensão em série injectado, para manter uma condição com procura P, Q numa linha de transmissão, crê-se ser um conceito novo. De notar que o circuito de controlo de energia 52 não se destina a reproduzir simplesmente as acções do equipamento convencional, tal como os reguladores de ângulo de fase mecânicos ou controlados por tirístores, alteradores de batida de carga e condensadores em série. Isto é, o circuito de controlo de energia 52 não se baseia numa estratégia de alteração dos parâmetros de linha, para se conseguir o resultado pretendido. Em vez disso, o circuito de controlo de energia 52 utiliza o controlo de realimentação em circuito fechado em conjunto com as procuras P e Q, para calcular continuamente o vector de tensão injectado necessário. Isto é, o circuito de controlo de energia 52 controla a grandeza e a posição angular do vector de tensão injectado em tempo real, de modo a manter ou variar o fluxo de energia real e reactiva na linha, para satisfazer as condições de procura de carga e de operação de sistema. O circuito de controlo de energia 52 utiliza as técnicas estabelecidas para controlar o inversor em paralelo 22. A este respeito, o circuito de controlo de energia 52 actua para manter um nível de tensão pré-estabelecido na união DC 26, assegurando, desse modo, o equilíbrio de energia real requerido entre o inversor em paralelo 22 e o inversor em série 24. Uma vez que esta operação é conhecida na técnica, a atenção volta-se para uma consideração mais pormenorizada da operação do circuito de controlo de energia 52 para produzir o sinal de referência de tensão, que é utilizado pelo inversor em série 24, para gerar o vector de tensão injectado. A Fig. 3 é uma representação pormenorizada de uma concretização do controlador de energia 54 do circuito de controlo de energia 52. Nesta concretização, é utilizado um transformador de 3 para 2 fases 70 para transformar o vector de tensão trifásico Va (Va, VB, Vc) numa quantidade de d-q de duas fases, 9 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ que é estacionária em relação ao sistema trifásico. O transformador de 3 para 2 fases 70 baseia-se no controlo síncrono. O controlo de tempo real, que utiliza conceitos de controlo síncronos, é conhecido no controlo de motores AC e no condicionamento activo de linhas de energia. A patente US 5,287,288 concedida à requerente do presente invento, descreve a utilização do controlo síncrono no condicionamento de linhas de energia activo.
Embora o controlo síncrono tenha sido utilizado em condicionadores de linhas de energia activos (APLC), é importante notar as distinções entre o campo técnico do condicionamento de linhas de energia activo e o campo técnico do presente invento. O presente invento está orientado para uma linha de transmissão de energia, que transmite energia de um bus com regulação de tensão para um outro. Um APLC fornece o condicionamento de energia entre um alimentador de distribuição e uma ou mais cargas. Por outras palavras, um APLC fornece uma acção de armazenamento temporário entre uma alimentação de energia e uma carga. Mais em particular, um APLC refere-se ao fornecimento de tensões sinusoidais à carga e à passagem de correntes sinusoidais de retorno para a alimentação. Um APLC não tenta de qualquer modo determinar o fluxo de energia real entre a alimentação e a carga. É a carga que determina o fluxo de energia e o APLC tenta principalmente remover o conteúdo de harmónicas da tensão de carga e da corrente de alimentação. De modo contrário, o presente invento ensina como regular o fluxo de energia entre dois bus de tensão para um valor desejado e não se refere ao conteúdo de harmónicas. Assim, o presente invento utiliza técnicas de processamento diferentes e gera sinais de referência diferentes.
Em qualquer caso a publicação de patente US 5,287,288 descreve completamente o controlo síncrono. No entanto, por razões de finalização, será apreciado que o transformador de 3 para 2 fases 76 executa a equação seguinte: rvql h -1/2 -1/2 IfVal I I = V2/3 I llvbl
LvdJ Lo W3/2 V3/2J Lv J
Os sinais de tensão de linha d-q derivados Vd e Vq são então processados pelos processador de grandeza de tensão e de ângulo de fase 72. O processador de grandeza de tensão e de ângulo de fase 72 deriva o sinal de ângulo de fase de linha de transmissão Θ e o sinal de grandeza de tensão de linha de transmissão VAmag. Estas quantidades podem ser obtidas com as seguintes equações: 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ 10
(equação 1) (equação 2) θ = arctang (VdA/q) ν\»„ = ((Vd)2 + (Vq)2)”
Podem ser utilizadas outras técnicas para derivar estas quantidades. Por exemplo, a publicação de patente US 5,287,288 descreve a utilização de um circuito fechado de bloqueio de fase para obtenção do valor Θ. A Fig. 3 representa também o processador de procura de energia 76, que é utilizado para gerar um sinal de procura de energia complexo S e uma procura de factor de potência φ. Estas quantidades são calculadas com base na procura de energia real P e na procura de energia reactiva Q descritas anteriormente. Para se obter o sinal de procura de energia complexo e o sinal de procura de factor de potência, podem ser executadas as seguintes equações pelo processador de procura de energia 76 S = (P2 + Ch)v2 (equação 3) φ = arctang (Q/P) (equação 4). A Fig. 3 representa que o sinal de procura de energia complexo S é dividido pelo sinal de grandeza de tensão de linha de transmissão no divisor 78, para se obter um sinal de referência de controlo de corrente intermédio lAi_ref. Dependendo das equações de transformador de 3 para 2 fases, utilizadas, o sinal de grandeza de tensão pode ter de ser multiplicado no multiplicador 79 por uma constante de escala, para extrair o sinal de corrente do sinal de grandeza de tensão. A Fig. 3 representa também que 0 sinal de ângulo de fase de linha de transmissão é adicionado ao sinal de procura de factor de potência, para se obter um sinal de ângulo de referência de vector de corrente ψ. O sinal de ângulo de referência de vector de corrente ψ e 0 sinal de referência de controlo de corrente intermédio lAj_ref são então processados pelo transformador de D-Q 82. O transformador de D-Q 82 transforma as coordenadas de energia para coordenadas rectangulares, projectadas nos eixos d-q. Estes valores são denominados de sinais de referência de controlo de corrente d-q ld_ref e lq_ref- De notar que estes sinais constituem o sinal de referência de controlo de corrente IAref. descrito anteriormente. Os sinais de referência de controlo de corrente d-q, ld_ref e lq_ref. podem ser obtidos pela utilização das seguintes equações: (equação 5) (equação 6) ld_ref — lArefCOS(v[/) Iqj-ef — lArefSen(\|/) 11 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ Ο processamento do controlador de energia 54 para gerar o sinal de referência de controlo de corrente lAref foi agora totaimente descrito. A atenção volta-se agora para a Fig. 4, a qual é uma representação pormenorizada de uma concretização do compensador de circuito fechado de controlo de vector 56 do invento. O compensador de circuito fechado de controlo de vector 56 inclui um transformador de 3 para 2 fases 70 do tipo descrito anteriormente. No entanto, é de notar que, neste caso, o transformador de 3 para 2 fases 70 opera no vector de corrente de linha de transmissão ΙΛ, o qual inclui componentes trifásicos la, Ib, Ic. Os sinais de corrente de linha de transmissão de d-q Id e Iq, gerados pelo transformador de 3 para 2 fases 70 são subtraídos dos sinais de referência de controlo de corrente de d-q ldref e lq_ref. descritos anteriormente, para gerarem os sinais de erro de controlo de corrente de d-q lderr e lq err.
Um outro elemento de controlo síncrono conhecido, um processador estacionário para rotativo 90, é utilizado para processar os sinais de erro de controlo de corrente de d-q ld_en- e lq_err- Esta operação pode ser executada como se segue: ΓIq-s-errl ΓοΟβθ - Sen0 1 ΓIq-errl
Lld-s-errJ = Lsen0 COS0 J Lld-errJ O termo Θ foi anteriormente obtido pelo processador de grandeza de tensão e ângulo de fase 72. A saída do processador estacionário para rotativo 90 é um conjunto de sinais de erro de controlo de corrente de d-q síncronos ld_s_err e lq_s_err. Estes sinais são quantidades DC na estrutura de referência síncrona. Os mesmos correspondem ao componente fundamental do sinal de erro.
Os sinais de erro de controlo de corrente de d-q síncronos pode ser agora processados pelo processador de estrutura de referência síncrono 92. Por questão de simplicidade, é mostrada apenas uma única linha, que entra e que sai do processador de estrutura de referência síncrono 92.
Na concretização da Fig. 4, o processador de estrutura de referência síncrono inclui um integrador 94 e um elemento de ganho proporcional 96. O integrador 94 serve para proporcionar o elevado ganho para os componentes de vector de erro. O elemento de ganho proporcional 96 serve para estabilizar o sinal. As saídas do integrador 94 e o elemento de ganho proporcional 96 resultam em sinais de erro de controlo de corrente de d-q síncronos e processados ld_ps_err e iq_Ps_err-
86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ 12 Ο processador rotativo para estacionário 100 é então utilizado para remover os sinais da estrutura de referência síncrona. As seguintes equações podem ser utilizadas para esta operação: ΓIq-p-errl ΓCOS0 - Sen0 1 Γlq-ps-err 1
Ud-p-err J L-Sen0 COS0 JLlq-ps-errJ
Esta operação produz sinais de erro de controlo de corrente de d-q, processados de estrutura pela referência estacionários ld_p_err e lq_p_err. Estes sinais são então transformados num sinal trifásico com um transformador de 2 para 3 fases 102, que executa a seguinte equação. rva-refl Γ1 0 Ί
I Vb-ref I = λ/2/3 1-1/2 -V3/2 IΓP-p-err Ί LVc-refJ L-1/2 λ/3/2 J Lld-p-errJ O transformador de 2 para 3 fases 102 produz sinais de referência trifásicos Va_ref, Vb_ref e Vc_ref. De notar que estes sinais são equivalente ao sinal de referência de fonte de tensão VAs_ref descrito anteriormente. Como indicado anteriormente o sinal de referência de fonte de tensão VAsref é então aplicado ao inversor em série 24 por meio de um modulador apropriado (tal como um PWM), como conhecido pelos especialistas da técnica. Esta operação força o inversor em série 24 a gerar o vector de tensão injectado VAinj, anteriormente descrito, o qual força o vector de corrente de linha Ia para um valor desejado, que corresponde à procura de energia real e reactiva recebida pelo circuito de controlo de energia 52.
Foi agora descrita a operação de uma concretização do circuito de controlo de energia 52 do invento. A atenção volta-se agora para as concretizações alternativas do invento. A Fig. 5 representa o compensador de circuito fechado de controlo de vector 56 em notação vectorial. Como na concretização da Fig. 4, é utilizado o transformador de 3 para 2 fases 70 para gerar quantidades de d-q de duas fases. O sinal Iq é multiplicado por um componente complexo j. De modo semelhante, o componente q (Iq_ref - mostrado na Fig. 3) do sinal de referência de controlo de corrente é multiplicado por um componente complexo j, para produzir um sinal de erro de controlo de corrente lAerr, mostrado na Fig. 5. Estes sinais são combinados para produzirem um sinal de erro de controlo de corrente lAerr, o qual é aplicado a
86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ 13 um dispositivo de rotação de vector negativo 110. O dispositivo de rotação de vector negativo 110 roda o sinal de vector de erro lAerr negativamente através do ângulo Θ, derivado do processador de grandeza de tensão e ângulo de fase 72. Isto produz um sinal de erro de vector síncrono, que é processado no processador de estrutura de referência síncrono 92 descrito anteriormente, para gerar um sinal de erro de vector síncrono processado. É então utilizado um dispositivo de rotação de vector positivo 112 para rodar positivamente o sinal de erro de vector síncrono processado, através do ângulo Θ. Isto produz um sinal que corresponde ao sinal de referência de fonte de tensão VAsref anteriormente descrito. A Fig. 6 representa uma concretização alternativa do compensador de circuito fechado de controlo de vector 56. Esta concretização é semelhante à concretização da Fig. 5. No entanto, existem duas distinções principais. Em primeiro lugar, nesta concretização o sinal de referência de controlo de corrente lAref é estabelecido em zero. A seguir, o processador de estrutura de referência síncrono 92 inclui um termo de derivação adicional S/(1 + sT) no bloco 113. Este termo adicionai controla a velocidade da alteração da energia de linha de transmissão, de acordo com a constante de tempo T. Assim, com a concretização da Fig. 6, a energia transiente na linha de transmissão é controlada para um valor desejado de zero. Nesta configuração, o circuito de controlo de energia 52 não tentará ditar o fluxo de energia de estado constante da linha, mas actuará apenas para eliminar as oscilações de energia ou os transientes de energia rápidos. A Fig. 7 representa uma outra concretização alternativa do processador de estrutura de referência síncrono 92. Nesta concretização, o processador de estrutura de referência síncrono 92 tem apenas um termo: K(s + jw)/S. Este termo provou ser particularmente vantajoso, uma vez que o mesmo fornece uma resposta mais estável, apesar da compensação para a indutância de linha. A Fig. 8 é semelhante às concretizações anteriores, mas inclui um controlador de estrutura rotativo adicional. O controlador adicional é síncrono com o vector que representa o componente de frequência fundamental de sequência negativo da tensão de linha. Isto é, o sinal de erro de controlo de corrente lAerr é processado pelo dispositivo de rotação de vector negativo 110, como anteriormente descrito, mas além disso, o mesmo é processado por um dispositivo de rotação de vector positivo 112, para processar o componente de frequência fundamental de sequência negativo da tensão de linha. O componente de frequência fundamental de sequência negativo é processado pelo processador de estrutura de referência 14 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ síncrono 92Α e é então processado por um dispositivo de rotação de vector negativo 110’. A saída é então combinada com o componente de frequência fundamental de sequência positivo processado. O sinal de referência de fonte de tensão resultante VAsref inclui uma componente de sinal de tensão de sequência negativo, que reduzirá automaticamente a corrente de linha de sequência negativa para zero.
Qualquer das concretizações descritas pode ser utilizada como um limitador de fluxo de energia automático. Nesta variação, o circuito de controlo de energia 52 é mantido no estado inactivo (isto é, a tensão em série é estabelecida em zero) até que a energia de linha de transmissão exceda um nível máximo pré-estabelecido. Nesta altura, o circuito de controlo de energia 52 é permitido e é operado de uma maneira de modo a limitar a energia para o nível estabelecido. Esta concretização de limitação de energia pode ser utilizada em qualquer situação em que a sobrecarga da linha pode produzir efeitos indesejados na estabilidade de sistema de energia.
Os especialistas na técnica reconhecerão um certo número de vantagens associadas ao presente invento. Em primeiro lugar, a capacidade de definir uma procura de potência real e reactiva abre de uma gama de possibilidade para o controlo de sistema de energia. A resposta atingível do controlo é muito rápida, quase instantânea e assim o aparelho do invento é extremamente eficaz no tratamento de distúrbios de sistema dinâmicos. À parte das vantagens óbvias para a programação de energia e a limitação de energia automática, a rápida resposta dinâmica do controlador de energia 50 evitará automaticamente as oscilações de energia de existirem na linha e pode adaptar-se quase instantaneamente a novas procuras de energia reais e reactivas, para aumentar o comportamento transiente do sistema e optimizar a sua actuação sob condições contigentes de transmissão. De acordo com as concretizações do invento, a corrente de linha de sequência negativa pode ser controlada para zero. Isto elimina os desequilíbrios de corrente e restabelece a utilização máxima da linha de transmissão. Todos estes benefícios são derivados da utilização do invento de um único sistema de controlo automático com uma estrutura de circuito fecho constante. Esta técnica é claramente preferível a muitos modos de controlo que podem ser requeridos para se conseguir resultados semelhantes, utilizando os componentes passivos existentes.
Será apreciado pelos especialistas na técnica que o circuito de controlo de energia pode ser implementado num qualquer número de maneiras. Por exemplo, o 15 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ dispositivo pode ser cablado ou implementado como um conjunto de programas de computador que operam num computador de fins gerais com interfaces apropriadas para os transdutores de energia 58, o inversor em paralelo 22 e o inversor em série 24. O controlador de energia 50 do invento foi descrito com referência à sua concretização preferida. No entanto, deve ser reconhecido que o controlador de energia 50 pode ser também implementado noutros dispositivos que incluem, pelo menos, um inversor em série 24. Em alguns caos estas aplicações envolvem alguma restrição na gama de operações, em comparação com a concretização preferida, mas as mesmas são provavelmente atractivas devido ao seu custo mais baixo e à eficácia relativamente elevada no controlo do fluxo de energia. Estas concretizações alternativas têm todas um inversor em série 24, mas as mesmas diferem em relação ao inversor em paralelo 22. Em particular, o inversor em paralelo 22 pode ser substituído por outros dispositivos, que são ligados aos terminais DC do inversor em série 24 e são capazes de absorverem ou fornecerem energia real num estado constante ou base transiente, como requerido. A aplicação dos limites na gama do sinal de referência de tensão em série VASref foi omitida das figuras por razões de clareza. No entanto, deve ser entendido que estes limites são aplicados numa concretização física do invento. -a$
Lisboa,
Por ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, INC. -O AGENTE OFJCIAL-
AKTÔKtO Ό i CU54HA Fí . -iRA Ag. Oí. Pr- V J Rua das Flores /4-4. 1200495 LISBOA
Claims (3)
1 - Controlador de fluxo de energia de linha de transmissão (50), para controlo do fluxo de energia eléctrica num sistema de transmissão de corrente alterna (34), que compreende: um circuito de controlo de energia de linha de transmissão (52), que inclui: um controlador de energia (54) para gerar um sinal de referência de corrente a partir de um sinal de tensão de linha de transmissão, de um sinal de procura de fluxo de energia real e de um sinal de procura de fluxo de energia reactiva, e um compensador de circuito fechado de controlo de vector (56) para gerar um sinal de referência de fonte de tensão a partir de um sinal de corrente de linha de transmissão e do dito sinal de referência de controlo de corrente; e um inversor em série (24), ligado ao dito circuito de controlo de energia de linha de transmissão (52), para processar o dito sinal de referência de fonte de tensão e gerar uma tensão injectada, que é aplicada ao dito sistema de transmissão de corrente alterna (34), para forçar a corrente do dito sistema de transmissão de corrente alterna para um valor desejado, que corresponde ao dito sinal de procura de fluxo de energia real e ao dito sinal de procura de fluxo de energia reactiva.
2 - Controlador de fluxo de energia de linha de transmissão de acordo com a reivindicação 1, em que o dito controlador de energia (54) inclui: um processador de grandeza de tensão e de ângulo de fase (72), para receber o dito sinal de tensão de linha de transmissão e gerar um sinal de ângulo de fase de linha de transmissão e um sinal de grandeza de tensão de linha de transmissão; um processador de procura de energia (76) para receber o dito sinal de procura de fluxo de energia real e o dito sinal de procura de fluxo de energia reactiva e gerar um sinal de procura de energia complexo e um sinal de procura de factor de potência; e 86 197 ΕΡ Ο 792 483/ΡΤ 2/2 um divisor (78) para dividir o dito sinal de procura de fluxo de energia complexo pelo sinal de grandeza de tensão de linha de transmissão, para produzir um sinal de referência de controlo de corrente intermédio.
3 - Controlador de fluxo de energia de linha de transmissão de acordo com a reivindicação 2, em que o dito controlador de energia inclui: um adicionador (80) para adicionar o dito sinal de procura de factor de potência ao dito sinal de ângulo de fase de linha de transmissão, para produzir um sinal de ângulo de referência de vector de corrente; e um dispositivo de transformação (82) para combinar o dito sinal de referência de controlo de corrente intermédia e o dito sinal de ângulo de referência de vector de corrente para gerar o dito sinal de referência de controlo de corrente. Lisboa, -·:8. cKE 2001 Por ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE, INC. - O AGENTE
Eng.° ANTÓNIO JOÃO DA CUNHA FERREIRA Ag. 0|. Pr. Ind. Rua das Flores, 74-4·° 1200-195 LISBOA
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