DESCRIPCIÓN
"Método de filtrado para el lado de alterna de un sistema de conversión de potencia, y sistema de conversión de potencia"
SECTOR DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a métodos de filtrado para el lado de alterna de un sistema de conversión de potencia, y a sistemas de conversión de potencia con los que se filtra la potencia entregada en el lado de alterna.
ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA
Con el aumento de la potencia unitaria de las unidades de generación de potencia, cada vez es más común el uso de topologías de conversión basadas en convertidores de potencia multinivel debido al incremento de la potencia unitaria de las turbinas eólicas. Junto con el desarrollo de la tecnología, los códigos de red eléctrica se han vuelto más exigentes y se han establecido requisitos y prácticas recomendadas con respecto a la calidad de la potencia suministrada a la red eléctrica.
Se conoce que los convertidores de potencia producen corrientes y tensiones de salida que incluyen componentes armónicas a la frecuencia de conmutación (SWF) de los convertidores de potencia y sus múltiplos. Con el objetivo de limitar esas componentes armónicas por debajo de determinados valores máximos, se conoce comúnmente la instalación de filtros pasivos tales como filtros LC o LCL en la salida de los convertidores de potencia 103' en los sistemas de conversión de potencia 100', tal y como se muestra por ejemplo en la figura 1 , y se han analizado diversas soluciones en relación con el diseño de dicho tipo de filtros. Algunas soluciones incluyen una primera inductancia para la salida de cada convertidor de potencia, una rama RC, y una segunda inductancia conectada a la red.
Un criterio de diseño comúnmente utilizado, descrito por ejemplo en el documento "LCL filter design and performance analysis for Grid Interconnected Systems (IEEE Transactions on Industry Applications VOL 50, No.2, March/April 2014, páginas 1125/1232)", consiste en
seleccionar un filtro para el lado de alterna que comprende una configuración o topología cuya frecuencia de resonancia (fres) está lo suficientemente alejada de la frecuencia de conmutación (fsw) del convertidor y de la frecuencia fundamental de la red (fg), de acuerdo con la siguiente ecuación:
Además, es habitual incluir un elemento resistivo de amortiguamiento para atenuar la resonancia del filtro. Sin embargo, en algunas aplicaciones es complicado cumplir este requerimiento, por ejemplo en el diseño de filtros para convertidores de media tensión para aplicaciones de alta potencia, ya que en estas aplicaciones la frecuencia de conmutación del convertidor está limitada al entorno de 1 kHz debido a la limitación de la temperatura de unión de los semiconductores del convertidor de potencia. Así, el ancho de banda entre la frecuencia fundamental de la red y la frecuencia de conmutación del convertidor queda limitada a poco más de una década, siendo un reto el diseño del filtro LCL para cumplir los requerimientos de red para aplicaciones conectadas a la red.
Los diseños tradicionales se dirigen a la optimización de los parámetros del filtro y al uso de diferentes circuitos de amortiguamiento a las frecuencias de resonancia, mediante la selección de un valor de impedancia determinado que asegure el cumplimiento de los requerimientos de calidad de energía de conexión a red. Sin embargo, estos diseños pueden no ser los óptimos desde el punto de vista de la eficiencia, ya que dependiendo de la impedancia de amortiguamiento requerida, se produce un incremento de las pérdidas a la frecuencia fundamental.
Para evitar el uso de circuitos de amortiguamiento ineficientes, algunas soluciones del estado de la técnica proponen el amortiguamiento de armónicos mediante técnicas de modulación, tal y como se describe en el documento "LCL Grid Filter Design of a Multi- Megawatt Medium-Voltage Converter for Offshore Wind Turbine using SHEPWM Modulation (IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 31, no. 3, pp. 1993-2001, Mar. 2016)". Sin embargo, a pesar de que estas técnicas son adecuadas para condiciones de régimen permanente, tienen limitaciones durante transitorios debido a que el control no es capaz de amortiguar las resonancias lo suficientemente rápido.
En el documento de patente US20130039105A1 se propone una topología de filtro controlable en el lado de alterna de un convertidor de potencia. El filtro comprende una pluralidad de condensadores y una única resistencia de amortiguamiento, medios rectificadores conectados entre los condensadores y la única resistencia de amortiguamiento, y un elemento de conmutación para desconectar la resistencia de amortiguamiento durante el arranque del sistema de conversión de potencia, conectándose dicha resistencia de amortiguamiento una vez el sistema se encuentra en condiciones de régimen permanente (en operación normal). Con la topología de filtro controlable y el método de control propuesto en este documento de patente, se modifica el factor de potencia del sistema de conversión durante el arranque, a la vez que el filtro mantiene su capacidad de filtrado en condiciones de régimen permanente (o condiciones normales). Sin embargo, esta solución no se centra ni aporta una solución a los problemas que pueden surgir cuando el sistema tiene que hacer frente a transitorios de red (régimen transitorio), tales como huecos o sobretensiones de red por ejemplo. En régimen transitorio, la frecuencia de resonancia no amortiguada del filtro es excitada, el ancho de banda de control no permite controlar el transitorio, y no pueden cumplirse los requerimientos de tiempo de inyección de corriente reactiva. Esto puede implicar la pérdida de control de las corrientes hasta que el transitorio es amortiguado gracias a las impedancias parásitas del sistema.
EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN
El objeto de la invención es proporcionar un método de filtrado para el lado de alterna de un sistema de conversión de potencia mediante un circuito de filtrado conectado a dicho lado de alterna, y un sistema de conversión de potencia que comprende el circuito de filtrado, tal y como se define en las reivindicaciones.
Un primer aspecto de la invención se refiere a un método de filtrado para el lado de alterna de un sistema de conversión de potencia mediante un circuito de filtrado conectado a dicho lado de alterna, comprendiendo el circuito de filtrado un circuito de filtrado capacitivo y un circuito de amortiguamiento conectado al circuito de filtrado capacitivo. En el método se determina si el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen permanente o en condiciones de régimen transitorio. Al determinarse que el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen permanente, se provoca
que el circuito de amortiguamiento del circuito de filtrado presente un primer valor de impedancia para la corriente que circula a través de dicho circuito de amortiguamiento y a través del circuito de filtrado capacitivo. Al determinarse que el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen transitorio, se provoca que dicho circuito de amortiguamiento presente un segundo valor de impedancia para dicha corriente, siendo el segundo valor de impedancia diferente al primer valor de impedancia, preferentemente mayor.
Por lo tanto, cuando el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen permanente disminuyen las pérdidas del circuito de filtrado en comparación con las pérdidas de las soluciones propuestas en el estado de la técnica, y, al mismo tiempo, cuando el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen transitorio se asegura el funcionamiento seguro del sistema al modificarse el valor de la impedancia para dichas condiciones, con el objetivo de cumplir los requerimientos de tiempo de inyección de corriente reactiva requeridos por los códigos de red.
Mediante la modificación del valor de la impedancia cuando el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen transitorio con respecto a cuando lo hace en condiciones de régimen permanente es posible reducir la duración de la respuesta transitoria, y este hecho permite al sistema de conversión de potencia recuperar el control de las corrientes en el lado de alterna en un tiempo menor. Adicionalmente, dicha modificación del valor de la impedancia reduce el módulo de dichas corrientes, de forma que se reduce el estrés electromecánico de los componentes del circuito de filtrado y del sistema de conversión, y se alarga la vida de los mismos.
Otro efecto de presentar el segundo valor de impedancia diferente al primer valor de impedancia es que la frecuencia de resonancia puede variarse cuando el sistema de conversión de potencia opera en condiciones de régimen transitorio. De esta forma, además de limitar el pico de la resonancia, éste puede trasladarse a otra frecuencia en la que dicho pico no sea excitado por el control o pueda ser más fácilmente amortiguado durante las condiciones de régimen transitorio.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de conversión de potencia para convertir energía proveniente de una fuente de energía alterna o continua. El sistema de conversión de potencia comprende un convertidor de potencia que se conecta a una red
eléctrica, y un circuito de filtrado conectado al lado de alterna del sistema de conversión de potencia.
El circuito de filtrado comprende un circuito de filtrado capacitivo y un circuito de amortiguamiento conectado al circuito de filtrado capacitivo. El circuito de amortiguamiento está conectado en serie o en paralelo al circuito de filtrado capacitivo y está configurado para presentar un primer valor de impedancia para la corriente que circula a través del circuito de amortiguamiento y a través del circuito de filtrado capacitivo cuando el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen permanente, y para presentar un segundo valor de impedancia para dicha corriente cuando el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen transitorio, siendo el segundo valor de impedancia diferente al primer valor de impedancia, preferentemente mayor. El sistema de conversión de potencia comprende además medios de selección configurados para provocar que el circuito de amortiguamiento presente el primer valor de impedancia o el segundo valor de impedancia para dicha corriente, en función de las condiciones en las que está operando el sistema de conversión de potencia.
Por lo tanto, cuando el sistema de conversión de potencia está operando en condiciones de régimen permanente pueden disminuirse las pérdidas a través del circuito de filtrado en comparación con las pérdidas de las soluciones propuestas en el estado de la técnica, y, en el sistema de conversión de potencia del segundo aspecto de la invención se obtienen al menos las mismas ventajas mencionadas para el primer aspecto de la invención.
Estas y otras ventajas y características de la invención resultarán evidentes en vista de los dibujos y la descripción detallada de la invención.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra esquemáticamente un sistema de conversión de potencia del estado de la técnica.
La figura 2 muestra esquemáticamente una realización del sistema de conversión de potencia de la invención.
La figura 3 muestra esquemáticamente una realización del sistema de conversión de potencia de la invención, donde se muestran un actuador de conmutación y un componente asociados a dicho actuador de conmutación del circuito de amortiguamiento. La figura 4 muestra la resonancia en condiciones de régimen permanente, y también las resonancias en condiciones de régimen transitorio para dos ejemplos diferentes de valores de impedancia para la corriente que atraviesa el circuito de amortiguamiento de una realización del sistema de conversión de potencia de la invención. La figura 5 muestra una configuración del circuito de amortiguamiento de una realización del sistema de conversión de potencia de la invención.
La figura 6 muestra una configuración del circuito de amortiguamiento de una realización del sistema de conversión de potencia de la invención.
La figura 7 muestra una configuración del circuito de amortiguamiento de una realización del sistema de conversión de potencia de la invención.
La figura 8 muestra una configuración del circuito de amortiguamiento de una realización del sistema de conversión de potencia de la invención.
La figura 9 muestra una configuración del circuito de amortiguamiento de una realización del sistema de conversión de potencia de la invención.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Un primer aspecto de la invención se refiere a un método de filtrado para el lado de alterna 100a de un sistema de conversión de potencia 100, realizado mediante un circuito de filtrado 104 dispuesto en dicho lado de alterna 100a. Preferentemente el lado de alterna 100a es trifásico. El sistema de conversión de potencia 100 comprende un convertidor de potencia 103 con un lado de alterna 103a que forma parte del lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100 y que se conecta a una red eléctrica G, directamente o a través de al menos un componente como pudiera ser un transformador por ejemplo, tal y como se muestra en los ejemplos de las figuras 2 y 3, formando parte el convertidor de potencia 103
y el circuito de filtrado 104 del sistema de conversión de potencia 100. Tal y como se muestra en dichas figuras 2 y 3, el circuito de filtrado 104 comprende, al menos, un circuito de filtrado capacitivo 6, que incluye al menos un condensador por fase del lado de alterna 100a, y un circuito de amortiguamiento 1 conectado al circuito de filtrado capacitivo 6, estando el circuito de filtrado 104 conectado al lado de alterna 103a del convertidor de potencia 103.
Cuando un sistema de conversión de potencia 100 conectado a una red eléctrica G para suministrar potencia a dicha red eléctrica G está operando en condiciones normales, se dice que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente. De la misma manera, cuando un sistema de conversión de potencia 100 no está operando en condiciones de régimen permanente, éste está operando en condiciones de régimen transitorio. Estas condiciones de régimen transitorio pueden producirse durante huecos de tensión o sobretensiones en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100 por ejemplo, o durante otras condiciones de fallo en dicho lado de alterna 100a.
En el método, se determina si el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente o en condiciones de régimen transitorio, y, si se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente se provoca que el circuito de amortiguamiento 1 del circuito de filtrado 104 presente un primer valor de impedancia para la corriente i que circula a través del circuito de amortiguamiento 1 (y a través del circuito de filtrado capacitivo 6), y si se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente se provoca que el circuito de amortiguamiento 1 del circuito de filtrado 104 presente un segundo valor de impedancia para dicha corriente i. El primer valor de impedancia es distinto al segundo valor de impedancia, preferiblemente mayor.
Si el circuito de amortiguamiento 1 comprende una sola rama, la corriente i que lo atraviesa tiene un único componente. Sin embargo, si el circuito de amortiguamiento 1 comprende más ramas (por ejemplo 2 o 3 ramas en paralelo), la corriente que lo atraviesa se divide en diferentes componentes. A lo largo de la descripción se habla en todo momento de una corriente i que lo atraviesa, y como dicha corriente hay que interpretar el único componente (caso de una única rama) o la suma de todos los componentes (caso de una pluralidad de
ramas), de ahí que en algunos casos se asimile a la corriente que atraviesa el circuito de filtrado capacitivo 6.
Por lo tanto, el valor de la impedancia del circuito de filtrado 104 puede variarse de manera sencilla al determinarse que el sistema de conversión de potencia 100 cambia las condiciones en las que está operando (de régimen transitorio a régimen permanente o viceversa), y el circuito de filtrado 104 puede optimizarse para las condiciones de operación determinadas con mínimas pérdidas en condiciones de régimen permanente y para asegurar la estabilidad y el control de dicho sistema de conversión 100 en condiciones de régimen transitorio. Como el segundo valor de impedancia es diferente del primer valor de impedancia, durante la operación en condiciones de régimen transitorio el circuito de filtrado 104 filtra las corrientes en el lado de alterna 100a del sistema de conversión 100 evitando la pérdida de control de dichas corrientes, y cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente el circuito de filtrado 104 no presenta unas pérdidas elevadas y no se reduce la eficiencia del sistema de conversión de potencia 100 en gran medida en régimen permanente.
Para determinar si el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente o en condiciones de régimen transitorio se mide o detecta al menos una propiedad eléctrica de al menos una señal eléctrica asociada al lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, y se determina en qué condiciones está operando dicho sistema de conversión de potencia 100 en base a dicha medida. La medida de una propiedad eléctrica del lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100 puede realizarse de una manera conocida, mediante sensores ya conocidos, y, por lo tanto, el método puede ser implementado fácilmente y sin necesidad de incorporar elementos complejos adicionales. Además, este tipo de sistemas de conversión 100 comprenden generalmente medios para medir o detectar una propiedad eléctrica en el lado de alterna 100a, y en consecuencia, no son necesarios elementos adiciónales en dicho sistema de conversión de potencia 100, o podrían obtenerse medidas adicionales como por ejemplo las tensiones o las corrientes del circuito de filtrado capacitivo 6 en caso de añadirse sensores adicionales. La propiedad eléctrica puede medirse o detectarse en el lado de alterna 103a del convertidor de potencia 103, en el circuito de filtrado 104, o en cualquier otro punto del lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100. Así, la propiedad eléctrica medida puede seleccionarse por ejemplo entre el módulo de una
señal de tensión en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100 (en cualquiera de las fases), el módulo de una señal de corriente en dicho lado de alterna 100a (en cualquiera de las fases), la frecuencia de una señal de la tensión en dicho lado de alterna 100a (en cualquiera de las fases), y la frecuencia de una señal de corriente en dicho lado de alterna 100a (en cualquiera de las fases): si la propiedad eléctrica seleccionada es el módulo de una señal de tensión en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente si el valor de dicha propiedad eléctrica es mayor que un valor mínimo predeterminado del módulo correspondiente y menor que un valor máximo predeterminado de dicho módulo, y se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio si el valor de dicha propiedad eléctrica es menor o igual que dicho valor mínimo predeterminado del módulo correspondiente o mayor o igual que dicho valor máximo predeterminado di dicho módulo; si la propiedad eléctrica seleccionada es el módulo de una señal de corriente en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente si el valor de dicha propiedad eléctrica es mayor que un valor mínimo predeterminado del módulo correspondiente y menor que un valor máximo predeterminado de dicho módulo, y se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio si el valor de dicha propiedad eléctrica es menor o igual que dicho valor mínimo predeterminado del módulo correspondiente o mayor o igual que dicho valor máximo predeterminado de dicho módulo; si la propiedad eléctrica seleccionada es la frecuencia de una señal de tensión en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente si el valor de dicha propiedad eléctrica es mayor que un valor mínimo predeterminado de la frecuencia correspondiente y menor que un valor máximo predeterminado de dicha frecuencia, y se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio si el valor de dicha
propiedad eléctrica es menor o igual que dicho valor mínimo predeterminado de la frecuencia correspondiente o mayor o igual que dicho valor máximo predeterminado de dicha frecuencia; y - si la propiedad eléctrica seleccionada es la frecuencia de una señal de corriente en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente si el valor de dicha propiedad eléctrica es mayor que un valor mínimo predeterminado de la frecuencia correspondiente y menor que un valor máximo predeterminado de dicha frecuencia, y se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio si el valor de dicha propiedad eléctrica es menor o igual que dicho valor mínimo predeterminado de la frecuencia correspondiente o mayor o igual que dicho valor máximo predeterminado de dicha frecuencia.
El circuito de amortiguamiento 1 está configurado para ofrecer dos caminos alternativos con diferentes impedancias para la corriente i que lo atraviesa, comprendiendo el circuito de amortiguamiento 1 un actuador de conmutación 13 que es controlado para seleccionar cuál de los dos caminos tiene que seguir la corriente i cuando atraviesa el circuito de amortiguamiento 1. El actuador de conmutación 13 está configurado para poder adoptar dos estados diferentes, estando cada uno de los estados asociado a un camino para la corriente i cuando atraviesa el circuito de amortiguamiento 1 : cuando el actuador de conmutación 13 está en un primer estado se provoca que la corriente i circule por el primer camino en el circuito de amortiguamiento 1 , y cuando el actuador de conmutación 13 está en un segundo estado se provoca que la corriente i circule por el segundo camino en el circuito de amortiguamiento 1. Mediante el control sobre el actuador de conmutación 13 se puede mantener o modificar su estado.
Un primer camino para la corriente i en el circuito de amortiguamiento 1 ofrece el primer valor de impedancia para dicha corriente i, mientras que un segundo camino para dicha corriente i en el circuito de amortiguamiento 1 ofrece el segundo valor de impedancia para dicha corriente i. Dicho efecto se explica con el ejemplo mostrado en la figura 3. El segundo camino incluye un actuador de conmutación 13 y al menos un componente resistivo y/o inductivo 10 asociado a dicho actuador de conmutación 13. Dependiendo del estado de dicho actuador de conmutación 13, la corriente i circula a través del componente resistivo
y/o inductivo 10 o no. Si se desea el segundo valor de impedancia para el circuito de amortiguamiento 1 , entonces el actuador de conmutación 13 es actuado para permitir que la corriente i circule a través del componente resistivo y/o inductivo 10. En dicha situación, la corriente i que pasa por el circuito de filtrado capacitivo 6 circula por el segundo camino del circuito de amortiguamiento 1. Si se desea el primer valor de impedancia para el circuito de amortiguamiento 1 , entonces el actuador de conmutación 13 es actuado para no permitir que la corriente i circule a través del componente resistivo y/o inductivo 10. En dicha situación, la corriente i que pasa por el circuito de filtrado capacitivo 6 circula por el primer camino del circuito de amortiguamiento 1 en lugar de por el segundo camino.
En resumen, el método puede ser implementado en sistemas de conversión de potencia 100 que comprendan circuitos de amortiguamiento 1 con diferentes configuraciones, siempre y cuando dichos circuitos de amortiguamiento 1 incluyan al menos dos caminos alternativos para la corriente i al atravesar dicho circuito de amortiguamiento 1 un primer camino para cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente, y un segundo camino para cuando dicho sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio. El circuito de amortiguamiento 1 comprende así al menos un actuador de conmutación 13 mediante el cual se selecciona de manera controlada el camino para dicha corriente i.
Como se ha descrito anteriormente, otro efecto del primer aspecto de la invención es que la frecuencia de resonancia en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100 puede ser variada cuando se cambian las condiciones de operación de dicho sistema de conversión de potencia 100, dependiendo dicha frecuencia de resonancia de la configuración del segundo camino tal y como se muestra en el ejemplo de la Figura 4. Para dicho ejemplo se ha considerado que la corriente atraviesa el componente resistivo y/o inductivo 10 cuando atraviesa el circuito de amortiguamiento 1 por el segundo camino. La Figura 4 muestra la resonancia F1 en condiciones de régimen permanente, además de dos resonancias F2a y F2b diferentes en condiciones de régimen transitorio para dos configuraciones diferentes del segundo camino. En el primer ejemplo, la resonancia F2a, el componente resistivo y/o inductivo 10 está formado por un elemento resistivo que amortigua el pico de la resonancia, pero la frecuencia de resonancia es la misma que en régimen permanente. En el ejemplo asociado a la resonancia F2b, el componente resistivo y/o inductivo 10 está formado por un elemento resistivo y un elemento inductivo conectados en serie. El elemento resistivo amortigua el pico de la resonancia, y la incorporación del
elemento inductivo hace variar la frecuencia de resonancia (de 750Hz a 650Hz aproximadamente).
De esta manera, además de limitar el pico de la resonancia, se puede variar la frecuencia de resonancia en condiciones de régimen transitorio si se desea. Así, puede seleccionarse otra frecuencia de forma que la resonancia no sea excitada o pueda ser amortiguada más fácilmente por el control del convertidor de potencia 103.
En algunas realizaciones, el actuador de conmutación 13 comprende una pluralidad de elementos de conmutación, como se muestra en la figura 5. Cada uno de los elementos de conmutación puede estar abierto o cerrado, y dichos elementos de conmutación son controlados (su apertura y/o cierre) en función de la propiedad eléctrica medida en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, para controlar el estado del actuador de conmutación 13. Así, mediante dicho control se selecciona el camino a seguir por la corriente i que atraviesa el circuito de amortiguamiento 1 entre los dos caminos alternativos.
En otras realizaciones, el actuador de conmutación 13 comprende un elemento de conmutación con dos estados, estando cada uno de los estados asociado a un camino a seguir por dicha corriente i y controlándose el estado del elemento de conmutación (y por tanto del actuador de conmutación 13) en función de la propiedad eléctrica medida en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100. Así, mediante dicho control se selecciona el camino a seguir por la corriente i que atraviesa el circuito de amortiguamiento 1 entre los dos caminos alternativos. El actuador de conmutación 13 puede ser por ejemplo un elemento de conmutación controlado como se muestra en las figuras 6 a 9, siendo el primer estado la posición abierta de dicho elemento de conmutación, y el segundo estado la posición cerrada de dicho elemento de conmutación (o viceversa).
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de conversión de potencia 100 para convertir energía proveniente de una fuente de energía alterna o continua 105, como el mostrado a modo de ejemplo en las figuras 2 y 3. El sistema de conversión de potencia 100 está adaptado para que en él se pueda implementar el método de la invención.
El sistema de conversión de potencia 100 comprende un convertidor de potencia 103 con un lado de alterna 103a que se conecta a una red eléctrica G, directamente o a través de al
menos un componente como pudiera ser un transformador por ejemplo, y un circuito de filtrado 104 conectado al lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100. El circuito de filtrado 104 comprende un circuito de filtrado capacitivo 6, que preferentemente incluye al menos un condensador por cada fase del lado de alterna 103a del convertidor de potencia 103 (o del lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100), y un circuito de amortiguamiento 1 conectado al circuito de filtrado capacitivo 6. Preferentemente el lado de alterna 100a es trifásico.
El circuito de amortiguamiento 1 está conectado en serie o en paralelo al circuito de filtrado capacitivo 6, y está configurado para presentar un primer valor de impedancia para la corriente i que circula a través del circuito de amortiguamiento 1 (y a través del circuito de filtrado capacitivo 6) cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente, y para presentar un segundo valor de impedancia cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio. El segundo valor de impedancia es diferente al primer valor de impedancia, preferentemente mayor. El circuito de amortiguamiento 1 está configurado para presentar el primer valor de impedancia o el segundo valor de impedancia según se requiera. De esta manera, tal y como se ha explicado para el primer aspecto de la invención, el sistema de conversión de potencia 100 incluye un circuito de filtrado 104 con el que se obtienen al menos las ventajas ya descritas cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando tanto en condiciones de régimen permanente como en condiciones de régimen transitorio.
El sistema de conversión de potencia 100 comprende además unos medios de selección para provocar que el circuito de amortiguamiento 1 presente el primer o segundo valor de impedancia para la corriente i que pasa a través de dicho circuito de amortiguamiento 1 de manera controlada. Los medios de selección comprenden un dispositivo de medida 4 para medir al menos una propiedad eléctrica de al menos una señal eléctrica asociada al lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100, un actuador de conmutación 13 dispuesto en el circuito de amortiguamiento 1 , y un controlador 5 comunicado con dicho dispositivo de medida 4 y con el actuador de conmutación 13. Dicho controlador 5 está configurado para determinar, en función de dicha propiedad eléctrica medida, las condiciones en las que está operando el sistema de conversión de potencia 100 (de régimen permanente o de régimen transitorio), y para controlar el actuador de conmutación 13 para provocar que el circuito de amortiguamiento 1 presente el primer valor de impedancia o el
segundo valor de impedancia respectivamente para la corriente i que circula a través de dicho circuito de amortiguamiento en función de dicha determinación. El controlador 5 puede ser un microprocesador, un microcontrolador, una FPGA ("Field Programmable Gate Arra/) o cualquier otro tipo de dispositivo con capacidad computacional, y puede ser el mismo controlador que el que se encarga de controlar el convertidor de potencia 103 (representado en la Figura 3), o un controlador diferente.
La explicación dada en referencia al primer aspecto de la invención en lo que respecta a la medida de las propiedades eléctricas es igualmente válida para el segundo aspecto de la invención, y por lo tanto no se describe aquí nuevamente. El dispositivo de medida 4 está configurado, en cada caso, para medir una corriente o una tensión, o para medir las frecuencias de al menos una señal de corriente o una señal de tensión, y el controlador 5 está configurado para calcular el módulo de la corriente o tensión en su caso, y para determinar en función de dicho módulo o de la frecuencia las condiciones en las que está operando el sistema de conversión de potencia 100.
El circuito de amortiguamiento 1 está configurado para ofrecer dos circuitos alternativos con diferentes valores de impedancia para la corriente i que circula a través de dicho circuito de amortiguamiento 1 , pudiendo así dicha corriente i seguir un primer camino con una primera impedancia o un segundo camino con una segunda impedancia cuando atraviesa dicho circuito de amortiguamiento 1. Mediante los medios de selección se selecciona el camino a seguir por dicha corriente i en cada momento dependiendo de las condiciones de operación determinadas: si se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente se selecciona el primer camino, y si se determina que el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio se selecciona el segundo camino eléctrico. El primer camino presenta un primer valor de impedancia para la corriente i, mientras que el segundo camino presenta un segundo valor de impedancia para dicha corriente i, diferente al primer valor de impedancia, tal y como se ha comentado.
El actuador de conmutación 13 está adaptado para adoptar dos estados diferentes, estando cada estado asociado a uno de los caminos a seguir por la corriente i al atravesar el circuito de amortiguamiento 1. El controlador 5 está configurado para controlar el estado de dicho actuador de conmutación 13, en función de la determinación de dicho controlador 5 sobre las condiciones en las que está operando el sistema de conversión de potencia 100.
El circuito de amortiguación comprende además al menos un componente resistivo y/o inductivo 10 asociado al actuador de conmutación 13. Cuando se selecciona el primer camino para la corriente i, el actuador de conmutación 13 provoca que la corriente i no circule a través del componente resistivo y/o inductivo 10, y cuando se selecciona el segundo camino para dicha corriente i, el actuador de conmutación 13 provoca que la corriente i circule a través del componente resistivo y/o inductivo 10. Por lo tanto, cuando se selecciona el primer o el segundo camino el valor de la impedancia del circuito de amortiguamiento 1 por el que circula la corriente i es diferente. Como se ha comentado el controlador 5 es el encargado de provocar el cambio de estado del actuador de conmutación 13 para seleccionar uno u otro camino.
El circuito de amortiguamiento 1 puede configurarse de diferentes maneras, siempre y cuando ofrezca al menos dos caminos alternativos para la corriente i que atraviesa dicho circuito de amortiguamiento 1 : un primer camino para cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen permanente, y un segundo camino para para cuando el sistema de conversión de potencia 100 está operando en condiciones de régimen transitorio. Tal y como se muestra esquemáticamente en la figura 3, el circuito de amortiguamiento 1 comprende al menos un actuador de conmutación 13 y al menos un componente resistivo y/o inductivo 10 asociado al actuador de conmutación 13, estando dicho actuador de conmutación 13 configurado y adaptado para permitir o evitar, de manera controlada (mediante el controlador 5), la circulación o no de una corriente a través de dicho componente resistivo y/o inductivo 10. Cuando la corriente i que atraviesa dicho circuito de amortiguamiento 1 sigue el segundo camino, dicha corriente i atraviesa el componente resistivo y/o inductivo 10. Las Figuras 5 a 9 muestran diferentes configuraciones posibles del circuito de amortiguamiento 1 , en los que se cumplen dichos principios.
En algunas realizaciones, como por ejemplo las mostradas en las Figuras 6 a 9, el actuador de conmutación 13 comprende un elemento de conmutación configurado para adoptar un primer estado para provocar que la corriente i circule a través del primer camino eléctrico del circuito de amortiguamiento 1 , y un segundo estado para provocar que la corriente i circule a través del segundo camino eléctrico del circuito de amortiguamiento 1. El actuador de conmutación 13 puede ser por ejemplo un elemento de conmutación, siendo el primer estado la posición abierta de dicho elemento de conmutación, y el segundo estado la posición cerrada de dicho elemento de conmutación (o vice versa).
En otras realizaciones, como la mostrada en la figura 5, el actuador de conmutación 13 comprende una pluralidad de elementos de conmutación, y está adaptado para adoptar dos estados diferentes (uno para cada condición de operación del sistema de conversión de potencia 100). Cada uno de los elementos de conmutación puede adoptar dos estados diferentes (abierto y cerrado), y el controlador 5 está configurado para controlar el estado de dichos elementos de conmutación en función de las condiciones de operación determinadas para el sistema de conversión de potencia 100, provocándose así que el actuador de conmutación 13 comprenda uno u otro estado diferentes en función de dicho control. El actuador de conmutación 13 puede comprender un convertidor de potencia incluyendo una pluralidad de elementos de conmutación.
El circuito de amortiguamiento 1 puede incluir además un componente de amortiguamiento de resonancia 11 que presenta una impedancia determinada, configurado de tal manera que la corriente i que circula a través del circuito de amortiguamiento 1 pasa también a través del componente de amortiguamiento de resonancia 1 1 independientemente de las condiciones de operación del sistema de conversión de potencia 100 (régimen permanente o régimen transitorio). La corriente i atraviesa por tanto dicho componente de amortiguamiento de resonancia 11 tanto cuando se selecciona el primer camino como cuando se selecciona el segundo camino. El componente de amortiguamiento de resonancia 11 puede estar así dispuesto en paralelo a los dos caminos, o en serie antes o después de ambos caminos. Así, además de la capacidad de amortiguamiento proporcionada por el segundo valor de impedancia durante régimen transitorio, se asegura una capacidad de amortiguamiento mínima también en régimen permanente, a la vez que la eficiencia mejora comparada con un sistema de amortiguamiento conectado de manera permanente en el lado de alterna 100a del sistema de conversión de potencia 100.