WO2008125718A1 - Equipo generador de huecos de tensión - Google Patents

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Miguel Garcia Gracia
Diego LÓPEZ ANDÍA
Susana MARTÍN ARROYO
Óscar ALONSO SÁDABA
M. Paz Comech Moreno
Laura GIMÉNEZ DE URTASÚN
Jesús Sergio ARTAL SEVIL
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Fundación Circe-Centro De Investigación De Recurs Os Y Consumos Energéticos
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Abstract

La presente invención tiene por objeto un equipo generador de huecos de tensión de hasta el 100% de profundidad, con pasos de variación ajustables y a tantos niveles de profundidad como se desee, para conectarse en un parque eólico o sistema de generación de energía eléctrica entre la linea de evacuación de energía eléctrica producida por el/los generadores de la instalación eléctrica en general y eólica en particular, y el sistema de generación de energía eléctrica o aero- generador bajo ensayo, donde el equipo generador de huecos de tensión controla y regula la potencia de cortocircuito que detecta la máquina generadora de energía eléctrica o aerogenerador a ensayar para valores de tensión superiores a 500 V y potencias superiores a 100 kW.

Description

EQUIPO GENERADOR DE HUECOS DE TENSIÓN
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención tiene por objeto un equipo generador de huecos de tensión de hasta el 100% de profundidad, con pasos de variación ajustables y a tantos niveles de profundidad como se desee, para conectarse en un parque eólico o sistema de generación de energía eléctrica entre la linea de evacuación de energía eléctrica producida por el/los generadores de la instalación eléctrica en general y eólica en particular, y el sistema de generación de energía eléctrica o aero- generador bajo ensayo.
Debido a su especial configuración, el equipo generador de huecos de tensión controla y regula la poten- cia de cortocircuito que detecta la máquina generadora de energía eléctrica o aerogenerador a ensayar para valores de tensión superiores a 500 V y potencias superiores a 100 kW.
Asi mismo, el equipo puede ensayar un salto de fase con un factor de calidad "X/R" (donde X es la reactancia y R la resistencia) general, controlable y distinto del factor de calidad del comienzo del ensayo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Un hueco de tensión se define como una disminución brusca de la tensión de alimentación a un valor situado entre el 90% y el 1% de la tensión declarada, seguida del restablecimiento de la tensión después de un corto lapso de tiempo.
Por convenio, un hueco de tensión dura de 10 ms a l minuto. La profundidad de un hueco de tensión se define como la diferencia entre la tensión eficaz mínima durante el hueco de tensión y la tensión declarada.
En el estado de la técnica existen diferentes dispositivos para generar huecos de tensión en aerogene- radores y asi observar los resultados y poder predecir el comportamiento de éstos frente a los mismos.
La patente US5920132 es un sistema de generación de huecos para niveles de tensión y potencia bajos, no aplicables para sistemas de generación de energía eléctrica como son los aerogeneradores que tienen niveles de tensión superior a 500 V y potencias superiores a 100 kW.
La patente US6285169 es un generador de huecos con variación de impedancias por conexión/desconexión de interruptores a la salida de un autotransformador . Es viable sólo en bajas potencias, y su utilidad se basa en ser portátil y ligero, siendo éste su objetivo, pero tampoco es aplicable en el caso de sistemas generadores de energía eléctrica como son los aerogeneradores.
Análogamente, la patente WO2005069470 describe un dispositivo generador de huecos de tensión ligero, y tampoco resulta aplicable al caso de sistemas generadores de energía eléctrica como puedan ser aerogeneradores que alcancen potencias de varios megavatios . La patente WO2006106163 describe un dispositivo de generación de huecos de tensión en baja tensión. La patente WO2006108890 describe un dispositivo de generación de huecos de tensión que utiliza tres transíormado- res de potencia sin tomas variables en paralelo para variar la impedancia de la rama de cortocircuito.
Ambos dispositivos están diseñados con el fin de verificar el comportamiento de máquinas generadoras de energía eléctrica, como aerogeneradores, ante huecos de tensión. El primero de ellos es aplicable sólo en baja tensión. En ambos casos se consiguen huecos únicamente a tres niveles de 50, 66 y 75% de profundidad de hueco.
La presente invención supera todos los inconvenientes anteriores ya que presenta un equipo generador de huecos de tensión que consigue profundidades de hasta el 100%, con pasos de variación ajustables y a tantos niveles de profundidad como se desee, adema s de que puede controlar y regular la potencia de cortocircuito en bornas de la máquina generadora o aerogenerador a ensayar, para valores de tensión superiores a 500 V y potencias superiores a 100 kW, y puede ensayar un salto de fase con un factor de calidad "X/R" general, contro- lable y distinto del factor de calidad del comienzo del ensayo .
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un equipo generador de huecos de tensión de hasta el 100% de profundidad capaz de ensayar sistemas de generación de energía eléctrica en el propio punto de conexión de la instalación . Este equipo de ensayo permite seleccionar la profundidad de hueco, asi como su duración para adecuarse a cada tipo de falta susceptible de producirse en la red eléctrica donde se conecta el sistema generador de energía eléctrica.
El equipo generador de huecos de tensión dispone de un divisor de impedancias formado por una rama en serie seguida de otra en paralelo constituidas por los siguientes elementos:
• Bancos trifá sicos de impedancias o tres impedancias monofásicas, una por cada fase, colocadas en serie en la linea de evacuación del sistema de generación eléctrica y previas a la rama parale- lo, cuya función es limitar la corriente de cortocircuito aportada por la red eléctrica en la que se realiza el ensayo de manera que controlan y regulan la potencia de cortocircuito en el generador y que no haya perturbaciones en la red. Dichas impedan- cias pueden representar una combinación de resistencias, reactancias y/o transformadores.
• Transformador de tomas variables (o transformadores de tomas variables en paralelo), en paralelo cuando asi se requiera con un juego de im- pedancias, con posibilidad de conexión a tierra, situado tras el banco de impedancias serie y previo a la conexión con el sistema de generación de energía eléctrica. Este transformador dispone de distintas tomas ajustables en el primario y/o secunda- rio, para regular la relación de transformación del mismo y controlar la profundidad del hueco.
• Bancos de impedancias trifá sicas o tres impedancias monofásicas, una por cada fase, variables o fijas, pudiéndose éstas conectar a la puesta a tierra. Dichas impedancias junto con la regula- ción del transformador permiten realizar el hueco de tensión de la profundidad requerida. Dichas im- pedancias pueden representar una combinación de resistencias, reactancias y/o transformadores. • Bancos de impedancias trifá sicas o tres impedancias monofásicas, una por cada fase, variables o fijas, colocadas en serie en la linea de evacuación del sistema de generación eléctrica. Su adecuada conexión, antes de provocar el hueco de tensión o tras la recuperación del hueco, añade la posibilidad de ensayar saltos de fase en el sistema de generación. Dichas impedancias pueden representar una combinación de resistencias, reactancias y/o transformadores.
Además, el equipo generador de huecos de tensión dispone de los elementos de control necesarios para realizar el hueco de tensión de forma automatizada:
• Equipo para selección de la toma del transformador má s adecuada, con el propósito de realizar el hueco de la profundidad deseada.
• Interruptor by-pass del banco de impedancias serie para conexión directa de la red con el sistema de generación de energía eléctrica al que está conectado el equipo de ensayos.
• Interruptor de conexión de la rama en paralelo y energización del primario del transformador .
• Interruptor de accionamiento que conecta el secundario del transformador con los bancos de impedancias dispuestos en el secundario del mismo.
• Interruptor de selección de impedancias. Este interruptor selecciona el tipo de falta requerido, conectando las impedancias de aquellas fases a las que se les vaya a provocar un hueco de ten- sión .
• Interruptores de acoplamiento y desacoplamiento, situados en cabecera y salida del equipo generador de huecos de tensión. Permiten aislar completamente el equipo generador de huecos de tensión del resto de la instalación.
• Interruptor de puesta a tierra de los bancos de impedancias dispuestos en la rama paralelo. • Equipo de control que acciona el cierre y apertura de los interruptores según la secuencia programada para la generación de huecos.
• Interruptor by-pass del banco de impedancias serie para simular saltos de fase.
Además, el equipo dispone de medidas de protección para el transformador que lo desconectan ante una falla interna en los devanados del transformador.
Este equipo es capaz de generar huecos de tensión trifásicos, bifásicos y monofásicos de entre 0% y 100% de profundidad y la duración deseada, conectado directamente entre los bornes del sistema de generación eléctrica y el sistema colector de energía eléctrica.
Permite realizar el ensayo directamente en la ubicación de explotación del sistema de generación de energía eléctrica sin perturbar el funcionamiento normal del resto de elementos asociados a éste. Además permite ensayar saltos de fase en el sistema de generación eléctrica .
En resumen, la presente invención se refiere a un equipo generador de huecos de tensión en redes eléctricas caracterizado porque es capaz de producir huecos tensión de hasta el 100% de profundidad, es decir, disminución de la tensión desde el nivel de conexión o uno por unidad, a cero, para valores de tensión superiores a 500 V y potencias nominales superiores a 100 KW debido a:
• Uno o varios bancos de impedancias entre el sistema colector y el sistema generador de energía eléctrica.
• Una rama en paralelo a la rama donde está el banco de impedancias entre el sistema colector y el sistema generador de energía eléctrica, que presenta uno o varios transformadores de tomas variables y uno o varios bancos de impedancias conectadas antes del primario y en el secundario del transformador que permiten conseguir la profundidad de hueco deseada mediante el accionamiento de unos interruptores de selección asociados a cada conjunto de impedancias.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Se complementa la presente memoria descriptiva, con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y nunca limitativo de la invención.
La Figura 1 muestra un esquema de una realización preferente de la invención.
Las Figuras 2 y 3 muestran esquemas de distintas realizaciones de la invención. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un equipo generador de huecos de tensión de hasta el 100% de profundidad que permite reproducir huecos de tensión en niveles de tensión a partir de 500 V, conectándose directamente o a través de un transformador (propio o no del sistema de generación) a los bornes del sistema de generación eléctrica o aerogenerador en particular.
Primer ejemplo de realización preferente
En la Figura 1 se muestra un esquema eléctrico de los elementos que componen el equipo generador de huecos de tensión en este primer ejemplo de realización preferente .
El equipo generador de huecos de tensión presenta un interruptor (1) de acoplamiento desde el sistema (13) colector, que recibe la energía producida por el sistema (14) generador, que en este ejemplo de realización preferente es un aerogenerador.
En serie con el interruptor (1) de acoplamiento desde el sistema (13) colector, el equipo generador de huecos de tensión presenta uno o varios interruptores (2) by-pass en paralelo con impedancias (3) variables o fijas, de manera que cuando los interruptores (2) by- pass, el interruptor (1) de acoplamiento y un interruptor (4) de desacoplamiento están cerrados, permiten la conexión directa entre el sistema (13) colector y el sistema (14) generador de energía eléctrica o aerogene- rador del mismo modo que si no estuviese intercalado el equipo generador de huecos de tensión.
Una vez abierto el interruptor (2) by-pass se sigue conectando el sistema (14) generador de energía eléctrica con el sistema (13) colector pero a través de las impedancias (3) variables o fijas, para no perturbar el correcto funcionamiento del resto del parque eólico durante la realización del ensayo.
Con las impedancias (3) variables o fijas conectadas se produce el cierre del interruptor (5) de conexión de la rama en paralelo energizando el devanado primario de un transformador (6) o varios transformadores en paralelo dispuestos en esta rama.
El transformador (6) actúa de regulador de 1% a 100% de las impedancias (9) dispuestas en el secundario del transformador (6), con interruptores (12) de selección de impedancias según se pretenda simular un hueco de tensión trifásico, bifásico o bien monofásico para lo que se dispone de varias tomas intermedias de estas impedancias, asi como impedancias (16) con tomas intermedias colocadas antes del primario del transformador.
Otras impedancias (7) situadas en paralelo con el transformador, permiten disminuir la impedancia equivalente del transformador en paralelo con éstas, según sea la profundidad de hueco requerida.
Con el transformador (6) trabajando en vacio se procede a cerrar el interruptor (8) de accionamiento que conecta el secundario de este transformador a los bancos de impedancias (9) del secundario del transformador (6), variables o fijas, pudiéndose éstas conectar a la puesta (10) a tierra mediante un interruptor (11) . Mediante la temporización del cierre y apertura de este interruptor (8) de accionamiento se consigue la duración de hueco requerida .
Asi, el hueco de tensión adquiere la profundidad deseada seleccionando previo al ensayo, el banco de impedancias (9) del secundario del transformador (6) y la relación de transformación o toma del transformador (6) apropiada.
Un banco de impedancias (15) de salto de fase variables o fijas, en la linea de evacuación del sistema (14) generador de energía eléctrica, se conectan antes o después de generar el hueco de tensión con la adecuada sincronización, lo que permite ensayar saltos de fase en el sistema (14) generador de energía eléctrica al modificar el factor de calidad X/R general que varia respecto al del comienzo del ensayo y, por tanto, provocar un salto de fase controlable.
Este banco de impedancias (15) de salto de fase presenta en paralelo un interruptor (2) by-pass.
La linea discontinua de la Figura 1 entre las dos ramas de impedancias (9) del secundario del transformador (6), variables o fijas, indica la posibilidad de añadir otras ramas en paralelo, con los mismos tipos de elementos que las mencionadas anteriormente, para la generación de distintos tipos de huecos de tensión.
El equipo generador de huecos presenta equipos de control (no mostrados en las Figuras) para accionar los interruptores (11, 12) necesarios en cada tipología de hueco (monofásico, bifásico y trifásico), controlando los tiempos de apertura y cierre de éstos, asi como del interruptor (8) de accionamiento, adaptándolos a la duración de hueco requerida, adema s de equipos de protección de transformador y aparamenta durante la realización del ensayo.
Segundo ejemplo de realización preferente
En este segundo ejemplo de realización preferente mostrado en la Figura 2, existe solamente una rama de impedancias (9) variables o fijas en el secundario del transformador (6), siendo el resto de elementos los descritos en el primer ejemplo de realización preferente.
Tercer ejemplo de realización preferente
En este tercer ejemplo de realización preferente mostrado en la Figura 3, existe solamente una rama de impedancias (9) variables o fijas en el secundario del transformador (6) y no existe el banco de impedancias (15) de salto de fase del primer ejemplo de realización preferente en paralelo con un interruptor (2) by-pass, siendo el resto de elementos los descritos en el primer ejemplo de realización preferente.
No alteran la esencialidad de esta invención variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando ésta para proceder a su reproducción por un experto.

Claims

REIVINDICACIONES
Ia.- Equipo generador de huecos de tensión en redes eléctricas caracterizado porque es capaz de producir huecos tensión de hasta el 100% de profundidad, es decir, disminución de la tensión desde el nivel de conexión o uno por unidad, a cero, para valores de tensión superiores a 500 V y potencias nominales superiores a 100 KW debido a: • Uno o varios bancos de impedancias (3) entre el sistema (13) colector y el sistema (14) generador de energía eléctrica.
• Una rama en paralelo a la rama donde está el banco de impedancias (3) entre el sistema (13) colector y el sistema (14) generador de energía eléctrica, que presenta uno o varios transformadores (6) de tomas variables y uno o varios bancos de impedancias (16, 9) conectadas antes del primario y en el secundario de los transformadores (6) respectivamente, que permiten conseguir la profundidad de hueco deseada mediante el accionamiento de unos interruptores (12) de selección asociados a cada conjunto de impedancias (16, 9).
2a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque las impedancias
(3) permiten regular la potencia de cortocircuito a la que se va a ver sometido el sistema (14) generador de energía eléctrica.
3a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque los bancos de impedancias (3) dispuestos entre el sistema (13) colee- tor y el sistema (14) generador de energía eléctrica disponen de una rama con un interruptor (2) by-pass que permite la conexión directa entre el sistema (14) generador y el sistema (13) colector.
4a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque entre el sistema
(13) colector y los bancos de impedancias (3) se encuentra un interruptor (1) de acoplamiento.
5a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque entre el sistema
(14) generador y la rama en paralelo se encuentra un interruptor (4) de desacoplamiento que cuando está abierto permite la realización del ensayo en vacío.
6a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque al inicio de la rama en paralelo existe un interruptor (5) de conexión con la rama entre el sistema (13) colector y el sistema
(14) generador.
7a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque el o los transfor- madores (6) situados en la rama en paralelo permiten una regulación de 1% a 100% de la relación de transformación nominal para realizar la adaptación de las impedancias (9) dispuestas en el secundario de los transformadores (6) .
8a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 5 caracterizado porque con el o los transformadores (6) trabajando en vacío se procede a cerrar un interruptor (8) de accionamiento que conecta el secundario de los transformadores (6) a los bancos de impedancias (9) variables o fijas del secundario de los transformadores (6), pudiéndose éstas conectar a una puesta (10) a tierra mediante un interruptor (11), consiguiendo la duración de hueco requerida.
9a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque unas impedancias (7) situadas en paralelo con cada transformador (6), permiten disminuir la impedancia equivalente de los transformadores (6) en paralelo con éstas, según sea la profundidad de hueco requerida.
10a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque puede ensayar un salto de fase con un factor de calidad "X/R", controlable y distinto del factor de calidad del comienzo del ensayo conectando un banco de impedancias (15) de salto de fase en la linea de evacuación del sistema (14) generador de energía eléctrica, donde X es la reactancia y R la resistencia.
11a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 10 caracterizado porque presenta un banco de impedancias (15) de salto de fase en paralelo con un interruptor (2) by-pass.
12a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque presenta equipos de control adecuados para accionar los interrup- tores (11, 12) necesarios en cada tipología de hueco, monofásico, bifásico y trifásico, controlando los tiempos de apertura y cierre de éstos, asi como del interruptor (8) de accionamiento, adaptándolos a la duración de hueco requerida. 13a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado porque presenta equipos de protección de transformador y aparamenta durante la realización del ensayo.
14a.- Equipo generador de huecos de tensión según reivindicación 1 caracterizado por estar diseñado para ensayar rtá quinas de generación eléctrica del tipo aerogenerador .
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