WO2011012733A1

WO2011012733A1 - Sistema para la compensación de energía reactiva en sistema de energía eléctrica

Info

Publication number: WO2011012733A1
Application number: PCT/ES2009/070316
Authority: WO
Inventors: Andres Agudo Araque
Original assignee: Gamesa Innovation & Technology, S.L.
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-03
Also published as: CN102714412A; EP2461452A4; EP2461452A1; US20120112714A1; US8847562B2; IN2012DN00914A; CN102714412B; BR112012001936A2

Abstract

Se proporciona un sistema de compensación de energía 108 para compensar los requerimientos de energía reactiva en un sistema de energía eléctrica 100. El sistema de compensación de energía reactiva 108 incluye una unidad de compensación estático-síncrona 202, una unidad de eliminación de corriente armónica 204 y una unidad de control de compensación 206. La unidad de compensación estático-síncrona 202 comprende una pluralidad de módulos de compensación estático-síncrona 302 para compensar la energía reactiva en el sistema de energía eléctrica 100. La unidad de eliminación de corriente armónica 204 incluye una pluralidad de módulos de filtro activo 502 para eliminar la corriente armónica generada en el sistema de energía eléctrica 100. La unidad de control de compensación 206 implementa un mecanismo de control secuencial para regular el funcionamiento de los módulos compensación estático-síncrona 302 y los módulos de filtro activo 502.

Description

SISTEMA PARA LA COMPENSACIÓN DE ENERGÍA REACTIVA EN SISTEMA DE ENERGÍA ELÉCTRICA

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención está relacionada, en general, al campo de sistemas de energía eléctrica y específicamente, a un sistema de compensación de energía reactiva en un sistema de energía eléctrica. Más específicamente, Ia presente invención está relacionada con un sistema de compensación de energía reactiva en un sistema de energía eléctrica que incluye una unidad de generación de energía eólica.

ANTECEDENTES DE LA PRESENTE INVENCIÓN

Debido a Ia crisis energética que afecta al mundo, los métodos alternativos de generación de energía son cada vez más importantes. La energía eólica ha surgido como una prometedora fuente de energía renovable. El uso de parques eólicos para generar energía es cada vez más común tanto en las economías desarrolladas como en las economías en desarrollo. Gracias a las mejoras en materiales, diseño y tecnologías de producción, el volumen de producción de energía comercial ha aumentando constantemente. Como consecuencia, Ia energía eólica se ha convertido en una fuente de energía renovable viable y económica Sin embargo, Ia integración en las redes de transmisión de energía es todavía un desafío, debido a Ia incertidumbre que genera Ia potencia producida por las unidades de generación de energía basadas en Ia energía eólica. Uno de los principales problemas asociados a parques eólicos es Ia variación en el suministro de energía que se debe a Ia naturaleza intermitente del viento. La no uniformidad de Ia producción de energía provoca problemas de estabilidad en Ia frecuencia y el voltaje en los sistemas de energía. Es por ello un reto importante implementar soluciones que faciliten Ia integración entre unidades de generación de energía eléctrica basadas en Ia energía eólica y las redes de transmisión de energía y al mismo tiempo mantener Ia calidad de Ia energía y Ia estabilidad del sistema de energía.

Un factor importante para mejorar Ia calidad de Ia energía en un sistema de energía eléctrica es Ia compensación de Ia energía reactiva. La energía eléctrica incluye Ia energía real y Ia energía reactiva. La energía reactiva también es conocida como energía desvatiada (sin vatios) ya que no transfiere energía neta a Ia carga. La proporción entre Ia energía real y Ia reactiva se define como el factor de potencia de un sistema de energía eléctrica. Por Io tanto, controlar Ia energía reactiva y mantener el factor de potencia Io más cercano posible a Ia unidad es un desafío importante en Ia transmisión de energía eléctrica. La regulación efectiva del factor de potencia garantiza que un voltaje prácticamente constante está disponible en un amplio rango de condiciones de carga. La energía se pierde en líneas de transmisión de energía de larga distancia debido a que las impedancias de las líneas de transmisión de energía aumentan Ia necesidad de compensación de energía reactiva. En general, Ia compensación efectiva de energía reactiva aumenta Ia capacidad de transferencia de energía del sistema de energía eléctrica. Una de las tecnologías convencionales para a compensación de energía reactiva es Ia compensación estática (SVC - Static VAR Compensation). Sin embargo, esta tecnología sufre el inconveniente de corriente fluctuante en situaciones de bajo voltaje.

En los últimos años, el sistema de transmisión flexible de corriente alterna (FACTS - Flexible Alternating Current Transmission System) ha surgido como una nueva clase de soluciones para regular los parámetros de transmisión de energía en sistemas de energía eléctrica. FACTS es un sistema basado en componentes de electrónica de energía y otros equipos estáticos que facilitan el control de uno o más parámetros en un sistema de energía eléctrica de CA.

El compensador estático (STATCOM - Static Compensator), es parte de Ia familia de sistemas FACTS y se utiliza para Ia compensación de energía reactiva en redes de transmisión de CA. STATCOM puede actuar como fuente o colector de una energía CA reactiva en un sistema de energía eléctrica. Por ello, STATCOM se utiliza para regular el factor de potencia en sistemas de energía eléctrica. Se han propuesto en el pasado numerosas propuestas de control. Sin embargo, estas propuestas de control, fallan en el intento de implementar satisfactoriamente una solución efectiva de compensación de energía y eliminación de armónicos. Además, las implennentaciones STATCOM conocidas sufren inconvenientes debidos a su diseño monolítico.

Otro aspecto importante de Ia compensación de energía reactiva es el control de corrientes armónicas generadas en el sistema de energía eléctrica. Idealmente, Ia unidad generadora de energía debería experimentar una carga sinusoidal con el mínimo de distorsión armónica. Sin embargo, en determinadas condiciones, se genera una magnitud considerable de las corrientes armónicas de bajo orden en el sistema de energía eléctrica y por Io tanto, Ia unidad de generación de energía experimenta una carga no sinusoidal que afecta a Ia estabilidad del sistema de energía eléctrica. En el sistema de energía eléctrica hay varios parámetros que pueden indicir Ia generación de corrientes armónicas. Los factores importantes que inducen a Ia generación de corrientes armónicas incluyen cargas no lineales (tales como los hornos de arco eléctrico y los convertidores de energía estáticos), las condiciones de funcionamiento y las impedancias de red en el sistema de energía eléctrica. La presencia de corrientes armónicas afecta a Ia calidad de Ia energía y a Ia estabilidad del sistema de energía. Convencionalmente, se utilizan filtros pasivos (filtros LC) para eliminar las corrientes armónicas generadas en el sistema de energía eléctrica. Los filtros pasivos están diseñados para cancelar armónicos específicos generados en el extremo de Ia carga. Sin embargo, si el espectro de corrientes armónicas cambia, los filtros pasivos no son capaces de atenuar efectivamente las corrientes armónicas. En el estado actual de Ia técnica, se han propuesto algunos sistemas de eliminación de corriente armónica basados en sistemas FACTS. Sin embargo, los dispositivos sensibles basados en electrónica de potencia que se utilizan en los parques eólicos se ven negativamente afectados por los sistemas FACTS que operan cerca de los parques eólicos. Esto puede provocar grandes distorsiones de corriente, Io cual provoca desconexiones en los aerogeneradores y pérdidas de producción. Por Io tanto, es una tarea desafiante Ia utilización de sistemas de eliminación de corriente armónica basados en FACTS cerca de los parques eólicos.

En vista de los problemas anteriores relacionados a Ia compensación de energía reactiva en sistemas de energía eléctrica, existe Ia necesidad de un sistema que pueda gestionar de forma efectiva Ia compensación de energía reactiva y eliminar las corrientes armónicas generadas en el sistema de energía eléctrica.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Uno de los objetivos de Ia presente invención es conseguir una compensación de energía reactiva en un sistema de energía eléctrica.

Otro de los objetivos de Ia presente invención es eliminar efectivamente las corrientes armónicas en el sistema de energía eléctrica.

Un objetivo más de Ia presente invención es implementar una estrategia de control mejorada del sistema de compensación de energía reactiva para eliminar corriente armónica en el sistema de energía eléctrica.

Otro objetivo de Ia presente invención es conseguir tolerancia de fallos y redundancia en el sistema de compensación de energía reactiva.

De acuerdo con uno de los diseños de Ia presente invención, se proporciona un sistema de compensación de energía reactiva. El sistema de compensación de energía reactiva incluye Ia unidad de compensación estático-síncrona (STATCOM), Ia unidad de eliminación de corrientes armónicas y una unidad de control de compensación. La unidad de compensación estático-síncrona incluye varios módulos de compensación estático-síncrona para compensar Ia energía reactiva en el sistema de energía eléctrica. La unidad de eliminación de corriente armónica incluye varios módulos de filtro activo para eliminar Ia corriente armónica generada en el sistema de energía eléctrica. La unidad de control de Ia compensación implementa un mecanismo de control secuencial para regular el funcionamiento de Ia unidad de compensación estático-síncrona y Ia unidad de eliminación de corriente armónica.

Los varios diseños de Ia presente invención ofrecen diversas ventajas. La presente invención implementa un diseño modular del sistema de compensación de energía reactiva. El sistema de compensación de energía reactiva funciona de acuerdo con el mecanismo de control secuencial. La presente invención no solamente gestiona efectivamente los requisitos de compensación de energía reactiva en el sistema de energía eléctrica, también elimina efectivamente Ia corriente armónica hasta armónicos del orden 19 en condiciones variables de carga. Además, como consecuencia del diseño modular, Ia presente invención proporciona tolerancia de fallos y redundancia mejoradas en el sistema de compensación de energía reactiva. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las figuras adjuntas, en las que las referencias numéricas indican elementos idénticos o funcionalmente similares a Io largo de las diferentes vistas, y las cuales, junto con Ia descripción siguiente están incorporadas y son parte de Ia especificación, sirven para describir las diferentes realizaciones y explican varios principios y ventajas, todo de acuerdo con Ia presente invención.

La figura 1 es un diagrama esquemático que describe un sistema de energía eléctrica 100, en el cual se pueden implementar varias realizaciones de Ia presente invención;

La figura 2 es un diagrama de bloques que describe un sistema de compensación de energía reactiva 108, de acuerdo con una realización de Ia presente invención;

La figura 3 es un diagrama de bloques que describe una unidad de compensación estático-síncrona 202, de acuerdo con una realización de Ia presente invención; La figura 4 es un diagrama de bloques que describe un módulo de compensación estático-síncrona 302, de acuerdo con una realización de Ia presente invención;

La figura 5 es un diagrama de bloques que describe una unidad de eliminación de corriente armónica 204, de acuerdo con una realización de Ia presente invención;

La figura 6 es un diagrama de bloques que describe un módulo de filtro activo 502, de acuerdo con una realización de Ia presente invención;

La figura 7 es un gráfico que describe el total de distorsión armónica relativa al total de corrientes en el sistema de energía eléctrica 100, de acuerdo con una realización de Ia presente invención; y

La figura 8 es un gráfico que describe el control de histéresis de corriente de un sistema de compensación de energía reactiva 108, de acuerdo con una realización de Ia presente invención. Debe tenerse en cuenta que los elementos de las figuras se han realizado con sencillez y claridad y que no se han dibujado necesariamente a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos elementos se han exagerado en las figuras, en relación a los demás elementos, para mejorar Ia compresión de las realizaciones de Ia presente invención. DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERENCIAL

Antes de iniciar las descripción detallada del sistema de compensación de energía reactiva en sistema de energía eléctrica, de acuerdo con varias realizaciones de Ia presente invención, debe tenerse en cuenta que Ia presente invención reside principalmente en Ia combinación de elementos de sistema relacionados con Ia compensación de energía reactiva en un sistema de energía eléctrica. Por Io tanto, los componentes del aparato se han representado, donde corresponda, con símbolos convencionales en las figuras, mostrando únicamente los detalles específicos que son pertinentes para Ia comprensión de Ia presente invención, con el fin de no resultar confuso con detalles obvios para los especialistas en Ia materia y por Io tanto en beneficio de Ia descripción siguiente.

En este documento, los términos "comprende," "comprendiendo" o cualquier otra variante de los mismos están concebidos para definir una inclusión no exclusiva, los procesos, métodos, artículos o aparatos que incluyen una lista de elementos no necesariamente contienen solamente esos elementos sino que también puede contener otros elementos que no están expresamente citados o que son inherentes en dicho proceso, método, artículo o aparato. Un elemento precedido por "comprende un ... ", sin más restricciones, no excluye Ia existencia de elementos adicionales idénticos en el proceso, método, artículo o aparato. En término "otro" indica en el presente documento como mínimo una segunda unidad o más. Los términos "contiene" y/o "tiene" usados en Ia presente, son definidos como comprender.

Se proporciona un sistema de compensación de energía reactiva para gestionar los requerimientos de compensación de energía reactiva en un sistema de energía eléctrica. El sistema de compensación de energía reactiva incluye Ia unidad de compensación estático-síncrona (STATCOM),

Ia unidad de eliminación de corrientes armónicas y Ia unidad de control de compensación. La unidad de compensación estático-síncrona incluye varios módulos de compensación estático-síncrona para compensar Ia energía reactiva en el sistema de energía eléctrica. La unidad de eliminación de corriente armónica incluye varios módulos de filtro activo para eliminar Ia corriente armónica generada en el sistema de energía eléctrica. La unidad de control de Ia compensación implementa un mecanismo de control secuencial para regular el funcionamiento de Ia unidad de compensación estático-síncrona y Ia unidad de eliminación de corriente armónica. La figura 1 es un diagrama esquemático que describe un sistema de energía eléctrica 100 en el cual se pueden implementar varias realizaciones de Ia presente invención. El sistema de energía eléctrica 100 comprende una unidad de generación de energía 102, una línea de transmisión de energía 104, carga eléctrica 106, uno o más sistemas de compensación de energía reactiva 108a y 108b (a partir de ahora nos referiremos a ellos como sistema de compensación de energía reactiva 108 y colectivamente como sistemas de compensación de energía reactiva 108), y varios transformadores de acoplamiento 1 10a y 1 10b (a partir de ahora referidos individualmente como transformador de acoplamiento 1 10 y colectivamente como transformadores de acoplamiento 1 10).

La unidad de generación de energía 102 puede ser cualquier instalación comúnmente conocida de generación de energía, por ejemplo una planta de energía hidráulica o térmica. En uno de los diseños de Ia presente invención, Ia unidad de generación de energía 102 puede estar basada en una fuente de energía renovable, más concretamente, Ia unidad de generación de energía 102 puede ser un parque eólico generador de energía basada en energía eólica.

La energía eléctrica de Ia unidad de generación de energía 102 se transmite a Ia carga eléctrica 106 a través de Ia línea de transmisión de energía 104. Los ejemplos de carga eléctrica 106 incluyen consumo doméstico, industrial, etc.

La línea de transmisión de energía 104 tiene impedancia inductiva inherente, Io cual provoca pérdidas de energía reactiva durante Ia transmisión de energía. Además, Ia mayoría de ejemplos de carga eléctrica 106 son también inductivos, y por Io tanto requieren energía reactiva para su funcionamiento. Los sistemas de compensación de energía reactiva 108 proporcionan localmente Ia energía reactiva requerida por Ia línea de transmisión de energía 104 y Ia carga eléctrica 106. Por Io tanto, Ia energía reactiva no se obtiene de Ia unidad de generación de energía 102 y por consiguiente, se reducen las pérdidas en el sistema de energía eléctrica 100.

El sistema o sistemas de compensación de energía reactiva 108 pueden estar conectados a Io largo de las líneas de transmisión de energía. Tal y como se muestra en Ia figura 1 el sistema o sistemas de compensación de energía reactiva 108 están conectados a Ia línea de transmisión de energía 104 a través de transformadores de acoplamiento 1 10. Los sistemas de compensación de energía reactiva 108 pueden conectarse y desconectarse de Ia línea de transmisión de energía 104 mediante el control del funcionamiento de los transformadores de acoplamiento 1 10. El funcionamiento de los transformadores de acoplamiento 1 10 está controlado por un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA - Supervisory Control and Data Adcquisition) que no se muestra en Ia figura 1 . En el caso de las líneas de transmisión de energía de larga distancia, se podrá conectar un número de sistemas de compensación de energía reactiva 108 a Ia línea de transmisión de energía 104 en intervalos predefinidos. Debido a Ia efectiva compensación de energía reactiva, el sistema de compensación de energía reactiva 108 facilita Ia regulación del voltaje a Io largo de Ia línea de transmisión de energía 104.

La figura 2 es un diagrama de bloques que describe un sistema de compensación de energía reactiva 108, de acuerdo con una realización de Ia presente invención; El sistema de compensación de energía reactiva 108 incluye una unidad de compensación estático-síncrona (STATCOM) 202, una unidad de eliminación de corriente armónica 204, y una unidad de control de Ia compensación 206. La unidad de compensación estático- síncrona 202 incluye una pluralidad de módulos de compensación estático- síncrona para compensar Ia energía reactiva en el sistema de energía eléctrica (explicada junto con las figuras 3 y 4). La unidad de eliminación de corriente armónica 204 incluye una pluralidad de módulos de filtro activo para eliminar las corrientes armónicas generadas en el sistema de energía eléctrica (explicado en las figuras 5 y 6). La unidad de control de Ia compensación 206 implementa un mecanismo de control secuencial para regular el funcionamiento de Ia unidad de compensación estático-síncrona 202 y Ia unidad de eliminación de armónicos 204

La unidad de control de compensación 206 se basa en Ia tecnología de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT - Integrated Gate Bipolar Transistor) y emplea un panel microcontrolador con puertos de E/S para controlar el funcionamiento de varias unidades de compensación estático- síncrona 202 y unidades de eliminación de corriente armónica 204 incluidas en Ia unidad de compensación de energía reactiva 108. La unidad de control de compensación 206 funciona conjuntamente con un sistema de registro de datos y control de supervisión (SCADA - Supervisory Control and Data

Acquisition) (no mostrado en Ia figura 2), que controla varios parámetros operacionales en el sistema de energía eléctrica 100.

La figura 3 es un diagrama de bloques que describe una unidad de compensación estático-síncrona 202, de acuerdo con una realización de Ia presente invención; La unidad de compensación estático-síncrona 202 incluye una pluralidad de módulos de compensación estático-síncrona 302a, 302b... , y 302n (a partir de ahora referidos individualmente como módulo de compensación estático-síncrona 302 y colectivamente como módulos de compensación estático-síncrona 302). Cada módulo de compensación estático-síncrona 302 está conectado a Ia línea de transmisión de energía

104 mediante el transformador de acoplamiento 1 10.

Tal y como se muestra en Ia figura 3, Ia unidad de compensación estático- síncrona 202 tiene un diseño modular. Uno o más módulos de compensación estático-síncrona 302 pueden estar activados en base a los requerinnientos actuales del sistema de energía eléctrica 100. El funcionamiento de cada módulo de compensación estático-síncrona 302 está controlado por Ia unidad de control de compensación 206. La unidad de control de compensación 206 recibe del sistema SCADA información relacionada a los factores de potencia y condiciones de carga actuales a Io largo de Ia línea de transmisión de energía 104. La unidad de control de compensación 206 activa uno o más módulos de compensación estático- síncrona 302 en base a Ia información recibida del sistema SCADA. La unidad de control de compensación 206 activa los módulos de compensación estático-síncrona 302 en una secuencia predefinida en base a las condiciones de carga variables.

El diseño modular de Ia unidad de compensación estático-síncrona 202 proporciona tolerancia de fallos y redundancia en el sistema de compensación de energía reactiva 108. Por Io tanto, el sistema de compensación de energía reactiva 108 muestra un comportamiento mejorado para soportar los fallos ya que garantiza como mínimo una compensación parcial de Ia energía reactiva en caso de fallar uno o más módulos de compensación estático-síncrona 302.

La figura 4 es un diagrama de bloques que describe un módulo de compensación estático-síncrona 302, de acuerdo con una realización de Ia presente invención; El módulo de compensación estático-síncrona 302 incluye una batería de condensadores 402, una unidad de control de Ia batería de condensadores 404, un interruptor controlado 406, un inversor 408, una unidad de control del inversor de corriente 410, una unidad de transformador 412, y uno o más filtros pasivos 414.

Por ejemplo, Ia unidad de control de compensación 206 puede activar el módulo de compensación estático-síncrona 302 mediante el accionamiento de Ia unidad de control de Ia batería de condensadores 404. La unidad de control de Ia batería de condensadores 404 por otro lado, cierra el interruptor controlado 406. Cuando se conecta a Ia línea de transmisión de energía

104, Ia batería de condensadores 402 genera energía reactiva para ser transmitida a Ia línea de transmisión de energía 104.

El inversor 408 convierte el voltaje CC de Ia batería de condensadores 402 en un voltaje del nivel deseado de acuerdo con Ia señal de control recibida de Ia unidad de control de compensación 206. Por Io tanto, el inversor 408 actúa como una fuente de voltaje de magnitud y fase ajustables. La unidad de control del inversor de corriente 410 ajusta dinámicamente el ángulo de fase entre el voltaje del inversor y el voltaje de Ia línea de transmisión de energía de tal forma que el módulo de compensación estático-síncrona 302 genera (o absorbe) el nivel deseado de energía reactiva en el punto de conexión a Ia línea de transmisión de energía 104. La unidad transformadora 412 es un transformador reductor que reduce el voltaje de acuerdo con el voltaje operacional del sistema de compensación de energía reactiva 108.

De acuerdo con una de las realizaciones de Ia presente invención, el voltaje de salida del inversor 408 es V₁. El voltaje del sistema de energía eléctrica 100 en el punto de conexión del módulo de compensación estático-síncrona 302 es V₈. La corriente de salida del módulo de compensación estático- síncrona 302 es I, Ia cual varía en relación a V₁. El módulo de compensación estático-síncrona 302 puede funcionar en tres modos. Si V₁ = V₈, Ia transferencia de energía reactiva es cero y por Io tanto el módulo de compensación estático-síncrona 302 no genera ni absorbe energía reactiva. Si V₁ es inferior que V₈, el módulo de compensación estático-síncrona 302 actúa como una reactancia inductiva conectada a Ia línea de transmisión de energía 104. En este modo, Ia corriente I fluye de Ia línea de transmisión de energía 104 al módulo de compensación estático-síncrona 302, por Io cual absorbe Ia energía reactiva. En el tercer modo, si V₈ es superior a V₁, el módulo de compensación estático-síncrona 302 actúa como una reactancia capacitiva conectada a Ia línea de transmisión de energía 104. En este modo, Ia corriente I fluye desde el módulo compensación estático-síncrona 302 a Ia línea de transmisión de energía 104, por Io que genera energía reactiva. Los filtros pasivos 414 reducen Ia corriente armónica en Ia salida del módulo de compensación estático-síncrona 302. La figura 5 es un diagrama de bloques que describe una unidad de eliminación de corriente armónica 204, de acuerdo con un diseño de Ia presente invención; La unidad de eliminación de corriente armónica 204 incluye varios módulos de filtro activo 502a, 502b..., y 502n (a partir de ahora referidos individualmente como módulo de filtro activo 502 y colectivamente como módulos de filtro activo 502). Cada módulo de filtro activo 502 está conectado a Ia línea de transmisión de energía 104 a través del transformador de acoplamiento 1 10.

Al igual que Ia unidad de compensación estático-síncrona 202, Ia unidad de eliminación de corriente armónica 204 tiene un diseño modular. Se pueden activar uno o más módulos de filtro activo 502 en base a los requerimientos del sistema de energía eléctrica 100. El funcionamiento de cada módulo de filtro activo 502 esta dirigido por Ia unidad de control de compensación 206. La unidad de control de compensación 206 recibe Ia información relacionada a las corrientes armónicas a Io largo de Ia línea de transmisión de energía 104 a través del sistema SCADA. La unidad de control de compensación

206 activa uno o más módulos de filtro activo 502 en base a Ia información recibida del sistema SCADA. La unidad de control de compensación 206 activa los módulos de filtro activo 502 en una secuencia predefinida en base a las condiciones de carga variables. Como consecuencia, el nivel de distorsión de corriente se mantiene aproximadamente constante para condiciones de carga variables en un rango predefinido de condiciones de funcionamiento.

El diseño modular de Ia unidad de eliminación de corriente armónica 204 proporciona tolerancia a los fallos y redundancia en el sistema de compensación de energía reactiva 108. Por Io tanto, el sistema de compensación de energía reactiva 108 muestra un comportamiento mejorado para soportar los fallos ya que garantiza como mínimo una eliminación parcial de corrientes armónicas en caso de fallar uno o más módulos de filtro activo 502. La figura 6 es un diagrama de bloques que describe un módulo de filtro activo 502, de acuerdo con una realización de Ia presente invención; El módulo de filtro activo 502 incluye uno o más filtros pasivos 602, un inversor 604, una unidad de control del inversor de corriente 606, y una unidad transformadora 608. El filtro pasivo 602, junto con otros componentes del módulo de filtro activo

502, es capaz de generar corrientes armónicas opuestas a las corrientes armónicas generadas en el sistema de energía eléctrica 100. El funcionamiento del inversor 604, Ia unidad de control del inversor de corriente 606, y Ia unidad transformadora 608 es similar al funcionamiento del inversor 408, Ia unidad de control de inversor de corriente 410, y de Ia unidad transformadora 412 respectivamente. El módulo de filtro activo 502, descrito aquí es capaz de eliminar corrientes armónicas de hasta el orden 19 5 del sistema de energía eléctrica 100. La unidad de control de compensación

206 controla los transformadores de acoplamiento 1 10 para conectar el módulo de filtro activo a Ia línea de transmisión de energía 104.

La figura 7 es un gráfico que describe Ia distorsión armónica total en relación al total de corrientes en el sistema de energía eléctrica 100. El gráfico0 muestra una curva de distorsión armónica total 702 de acuerdo con el estado actual de Ia técnica y una curva de distorsión armónica total 704 de acuerdo con Ia presente invención.

El porcentaje de corrientes armónicas en el sistema de energía eléctrica 100 es reducido a niveles bajos para un amplio rango de condiciones de carga.5 El nivel de distorsión de corriente es aproximadamente constante para condiciones de carga variables para un rango operacional de funcionamiento predefinido. El nivel de distorsión de corriente obtenido en el enésimo factor de suministro nominal de energía es el mismo que el nivel de distorsión obtenido con Ia energía nominal, "n" representa el número de módulos de o filtro activo 502 activados en Ia unidad de eliminación de corriente armónica

204.

Tal y como se muestra en Ia figura 7, el nivel de distorsión de corriente para condiciones de carga que varían entre Ia energía nominal y tres cuartos de Ia energía nominal, está reducido a menos de 7,5%. De forma similar, para 5 las condiciones de carga que varían entre Ia energía nominal y Ia mitad de Ia energía nominal, el nivel de distorsión es reducido a menos de un 7,5%. Además, para las condiciones de carga que varían entre Ia energía nominal y un cuarto de Ia energía nominal el nivel de distorsión es inferior a un 10%.

La figura 8 es un gráfico que describe el control de histéresis de corriente de 0 un sistema de compensación de energía reactiva 108, de acuerdo con una realización de Ia presente invención. El gráfico muestra una señal de control IGBT 802, una corriente resultante 806, un límite superior de banda de histéresis 804a y límite inferior de banda de histéresis 804b. La unidad de compensación de energía reactiva 108 implementa una banda de histéresis delimitada por el límite superior de Ia banda de histéresis 804a y el límite inferior de Ia banda de histéresis 804b. El control de Ia banda de histéresis garantiza que Ia corriente resultante 806 sea casi sinusoidal. Se han ilustrado y descrito varias realizaciones de Ia presente invención, sin embargo es notorio que Ia presente invención no está limitada sólo a estas realizaciones. Para los especialistas serán evidentes las posibles modificaciones, cambios, variaciones, sustituciones y equivalentes sin abandonar el espíritu y alcance de Ia presente invención, tal y como se describe en las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES

1 . Un sistema de compensación de energía reactiva 108 para Ia compensación de energía reactiva en una red de transmisión de energía 100, Ia red de transmisión de energía 10O comprendiendo una unidad de unidad de generación de energía eólica 102, el sistema de compensación de energía reactiva 108 comprende:

- una unidad de compensación estático-síncrona 202, Ia unidad de compensación estático-síncrona 202 incluye varios módulos de compensación estático-síncrona 302 para compensar Ia energía reactiva de Ia red de transmisión de energía 100;

- una unidad de eliminación de armónicos 204, Ia unidad de eliminación de armónicos 204 comprende varios módulos de filtro activo 502 para Ia eliminación de corrientes armónicas generadas en Ia red de transmisión de energía 100 y

- una unidad de control de energía reactiva 206 para controlar el funcionamiento de Ia unidad de compensación estático-síncrona 202 y Ia unidad de eliminación de armónicos 204.

2. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual cada módulo de compensación estático-síncrona 302 comprende una batería de condensador 402, una unidad de control de batería de condensador 404, y un interruptor controlado 406.

3. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 2, en el cual cada módulo de compensación estático-síncrona 302 incluye adicionalmente un inversor 408, una unidad de control de inversor de corriente 410 y una unidad transformadora 412.

4. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual cada módulo de filtro activo 502 incluye una pluralidad de filtros pasivos 602, un inversor 604, una unidad de control del inversor de corriente 606 y una unidad transformadora 608.

5. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual Ia unidad de control de energía reactiva 206 está configurada para facilitar un control secuencial de Ia pluralidad de módulos de compensación estático-síncrona 302 y de Ia pluralidad de módulos de filtro activo 502 en base a una condición de carga en red de transmisión de energía 100.

6. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual Ia unidad de control de energía reactiva 206 incluye un microcontrolador.

7. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual Ia unidad de control de energía reactiva 206 está configurada para funciona conjuntamente con un sistema SCADA para obtener información relacionada con Ia magnitud de Ia compensación de energía reactiva para Ia red de transmisión de energía 100.

8. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual Ia unidad compensación estático-síncrona 202 implementa un control de banda de histéresis para generar una corriente sinusoidal en Ia red de transmisión de energía 100.

9. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual el nivel de distorsión de energía en puntos de carga inferiores a Ia carga completa alcanza el mismo nivel de distorsión alcanzado a carga completa.

10. El sistema de compensación de energía reactiva de Ia reivindicación 1 , en el cual el nivel de distorsión de corriente en el enésimo factor del suministro de energía nominal es el mismo que el nivel de distorsión de corriente a energía nominal, donde n es el número de módulos de compensación estático-síncrona 302 en Ia unidad de compensación estático-síncrona 202.

1 1 . El sistema de compensación de energía reactiva 1 , en el cual Ia unidad de eliminación de armónicos 204 elimina corrientes armónicas hasta del orden 19.