ES2586030T3 - Acople o desacople de una potencia en un ramal de un nodo de una red de corriente continua mediante una fuente de tensión conectada en serie - Google Patents
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Abstract
Dispositivo (5,5a,5b,5c) para el acoplamiento o desacoplamiento de una potencia en un ramal (2, 3, 4) de un nodo de una red de corriente continua (1) mediante una fuente de tensión conectada en serie (11) que presenta medios (23) para acoplar o desacoplar potencia eléctrica, caracterizado porque los medios (23) para acoplar y desacoplar potencia eléctrica están acoplados mediante una barra colectora de baja tensión con medios (23) para acoplar y desacoplar potencia eléctrica de otro dispositivo (5,5a,5b,5c) para el control de flujo de carga que se encuentran dispuestos en oto ramal (2, 3, 4) del mismo nodo de una red de corriente continua (1).
Description
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DESCRIPCION
Acople o desacople de una potencia en un ramal de un nodo de una red de corriente continua mediante una fuente de tension conectada en serie
Acoplamiento o desacoplamiento de una potencia en un ramal de un nodo de una red de corriente continua mediante una fuente de tension conectada en serie.
La presente invention hace referencia a un dispositivo para el acoplamiento o desacoplamiento de una potencia en un ramal de un nodo de una red de corriente continua mediante una fuente de tension conectada en serie que presenta medios para acoplar o desacoplar potencia electrica.
En la WO2010/115453A1 se propone una compensation de tension en redes de transmision de corriente continua. En la misma se introducen fuentes de tension conectada en serie en llneas de transferencia de corriente continua para conservar la tension en redes de corriente continua en un area admisible en todos sus puntos. Con la introduction de la fuente de tension conectada en serie, en ese punto y de manera inevitable, se conduce o evacua energla del sistema de corriente continua. Conforme a la WO2010/115453, esa energla es tomada de una red de corriente trifasica existente o, a traves de un dispositivo adicional, de la misma llnea de corriente continua.
En la 2010/115452 A1 se describe una red de tension continua mallada en la que se encuentran dispuestos dispositivos de mando para el control del flujo de carga. El control de flujos de carga mediante los dispositivos de mando se realiza de manera tal, que los dispositivos de mando son coordinados entre si. En el caso del dispositivo antes mencionado es desventajoso, que limita en gran medida las posibilidades en vista de un control de flujo de energla.
Es por ello objeto de la presente invencion, poner a disposition un dispositivo del tipo antes mencionado que pueda ser utilizado de forma economicamente flexible para el control de un flujo de carga en un nodo de red.
La presente invencion resuelve este objeto porque los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica estan acoplados mediante una barra colectora de baja tension con medios para acoplar y desacoplar potencia electrica de otro dispositivo para el control de flujo de carga que se encuentran dispuestos en oto ramal del mismo nodo de una red de corriente continua.
A traves del acoplamiento de multiples dispositivos para el control del flujo de carga, especialmente a traves del nodo de una red de corriente continua es posible lograr de manera flexible un control de flujo de carga, ya que los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica permiten, implementar de manera util y para los usos mas variados la potencia electrica emitida, por ejemplo, por una fuente de tension conectada en serie. La fuente de tension conectada en serie puede estar instalada, por ejemplo, para el abastecimiento de un dispositivo consumidor o para la alimentation de energla electrica de una fuente hacia el nodo de una red de corriente continua. En lugar del dispositivo consumidor o la fuente tambien puede estar prevista una red.
En el caso del dispositivo consumidor, sin embargo, puede tratarse de un acumulador de energla, como por ejemplo un acumulador de energla hidraulica, un acumulador mecanico, un acumulador de energla electrico o qulmico. En caso de necesidad, el dispositivo consumidor se convierte en fuente de energla. El dispositivo consumidor tambien puede ser un clasico consumidor de energla, como por ejemplo una instalacion industrial, un conjunto residencial o similar.
Para el control completo del flujo de carga, la cantidad de los dispositivos conforme a la invencion en un mismo nodo de una red de corriente continua puede ser de uno menos que la cantidad de los ramales del nodo de red en cuestion. Si n es la cantidad de los ramales del nodo de una red de corriente continua, la cantidad m de los dispositivos conforme a la invencion necesaria para el control completo del flujo de carga se calcula conforme a m = n-1.
El dispositivo conforme a la invencion esta previsto para la implementation en una red de corriente continua de alta tension, en donde el acoplamiento de multiples dispositivos se encuentra realizado a traves de una barra colectora de baja tension. Esto reduce considerablemente el costo para el recambio de energla.
La fuente de tension conectada en serie puede estar conectada a una barra colectora de baja tension disenada para corriente alterna. En este caso, baja tension significa una tension de menos kilovoltios respecto de las tensiones de funcionamiento del ramal de algunos cientos de kilovoltios.
En el marco de un diseno, la fuente de tension conectada en serie se puede conectar mediante una fuente de corriente transversal con un punto neutro (potencial de tierra).
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Especialmente se puede conectar, mediante la fuente de corriente transversal, el nodo de tension continua con el punto neutro.
El dispositivo puede presentar, especialmente, una fuente de corriente transversal que este instalada para la conexion con el punto neutro. De manera alternativa, el dispositivo puede estar instalado para la conexion a la (por ejemplo un borne o un polo de la) fuente de corriente transversal.
Preferentemente, la fuente de corriente transversal se puede conectar con el nodo de una red de corriente continua.
La fuente de corriente transversal representa una opcion para el caso en que la suma de energla de la energla consumida por las fuentes de tension conectadas en serie y las energlas alimentadas no sea igual a cero.
En un perfeccionamiento, la fuente de tension conectada en serie este acoplada, mediante una fuente de corriente transversal o directamente, con una red de corriente alterna (por ejemplo a traves de un transformador).
Otro perfeccionamiento consiste en que la fuente de tension conectada en serie presente, al menos, un convertidor. Para la transmision de corriente continua de alta tension se implementan, as! llamados, convertidores modulares multiniveles (MMC: "Modular Multilevel Converter"), cuyo modulo base es, por ejemplo, un semipuente de IGBT y diodos. Este modulo base tambien es denominado como submodulo (tambien: modulo de convertidor). Es usual conectar en serie multiples submodulos para lograr una resistencia de alta tension.
Otro perfeccionamiento adicional consiste en que la fuente de tension conectada en serie presente, al menos, un modulo de fase con, al menos, dos ramales de modulo de fase conectados en serie, en donde se pueda conectar un ramal central entre los ramales de modulo de fase con una conexion de corriente alterna, especialmente con un transformador.
Especialmente pueden estar conectados multiples modulos de fase en paralelo, y de este modo realizar un convertidor de multiples fases.
Tambien es un diseno posible que la fuente de tension conectada en serie se encuentre conectada en serie con un interruptor mecanico, y en paralelo a la fuente de tension conectada en serie y el interruptor mecanico se encuentra dispuesta una unidad de conmutacion de potencia.
La fuente de tension conectada en serie se puede implementar, por ejemplo, de la siguiente manera. De este modo, sirve, por un lado, como tension de conmutacion cuando, por ejemplo, deben ser interrumpidas corrientes de cortocircuito. Primero se detecta un aumento alto de corriente y/o una corriente demasiado alta por un periodo de tiempo determinado. A continuacion se envla una senal de activacion a una unidad de activacion del interruptor mecanico en el circuito de corriente constante. Simultaneamente se conectan los conmutadores de semiconductores de potencia de la unidad de semiconductores de potencia en el circuito de conexion. Finalmente se genera una contratension que, en la malla formada por el circuito de corriente constante y el circuito de corriente de conmutacion genera una corriente de circuito, que es opuesta a la corriente de cortocircuito a conectar en el circuito de corriente constante. La fuente de tension conectada en serie genera, por ejemplo, activamente una contratension. A diferencia de esto, la fuente de tension conectada en serie se encuentra realizada, como en el documento antes mencionado, como interruptor auxiliar electronico. Como interruptor auxiliar electronico es adecuado, por ejemplo, un IGBT o IGCT con un diodo de rueda libre opuesto y paralelo. Por supuesto que tambien pueden ser implementados multiples interruptores auxiliares electronicos conectados en serie, dispuestos de manera antiserial. A la desconexion del interruptor auxiliar puede equipararse con la instalacion de una contratension que actua de forma opuesta al flujo de carga en el circuito de corriente constante. Con la fuente de tension conectada en serie se conmuta la corriente en el ramal de desconexion, de manera que el interruptor mecanico se abre sin corriente. La interruption en si misma de la corriente de cortocircuito se realiza en la unidad de conmutacion de potencia.
En el marco de la presente invention, la fuente de tension conectada en serie puede tener cualquier diseno. Resulta especialmente ventajoso, que la fuente de tension conectada en serie presente, al menos, un submodulo que se encuentra equipado con un acumulador de energla y un conmutador de semiconductor de potencia, en donde cada submodulo dispone de medios para el acoplamiento y desacoplamiento de potencia electrica. Si estan previstos multiples submodulos de este tipo, entonces estos submodulos se encuentran conectados entre si en serie.
De manera ventajosa, cada submodulo dispone de una conexion de semipuente. Tales conexiones de semipuente estan equipadas con un conmutador de semiconductor de potencia que se compone de una conexion en serie de dos conmutadores de semiconductor de potencia, en donde la conexion en serie se encuentra conectada en paralelo con un acumulador de energla, por ejemplo un condensador acumulador unipolar. El punto de potencial entre ambos conmutadores de semiconductor de potencia de la conexion en serie se encuentra conectado a un primer borne de
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conexion, y un polo del acumulador de energla se encuentra conectado a un segundo borne de conexion del submodulo.
En caso necesario, a los conmutadores de semiconductor de potencia se encuentra conectado en paralelo un diodo de rueda libre de sentido opuesto. Como conmutadores de semiconductor de potencia se pueden utilizar, por ejemplo, IGBT o IGCT. A traves de la conexion de semipuente, en los bornes de conexion de cada submodulo se puede generar la tension de acumulador de energla Uc que recae en el acumulador de energla o una tension cero. Conforme a este perfeccionamiento ventajoso la fuente de tension conectada en serie puede generar de manera activa una contratension en solo una direccion. As! las conexiones de semipuente son especialmente adecuadas cuando se conoce la direccion de la contratension que se debe aplicar.
Para poder construir una tension en ambas direcciones, son ventajosos los submodulos que disponen de una conexion de puente integral. Tambien estos submodulos se conectan en serie, de manera que la fuente de tension conectada en serie se compone de una conexion en serie de submodulos. Los submodulos que presentan una de las conexiones de puente integral se encuentran equipados, en cada caso, con dos conexiones en serie de dos conmutadores de semiconductor de potencia, en donde el punto de potencial entre ambos conmutadores de semiconductor de potencia conectados en serie de la primera conexion en serie se encuentra conectado con el primer borne de conexion y el punto de potencial entre ambos conmutadores de semiconductor de potencia de la segunda conexion en serie se encuentra conectado con el segundo borne de conexion. Ambas conexiones en serie se encuentran conectadas en paralelo con un acumulador de energla. Por lo tanto, la conexion de puente integral presenta, en total, cuatro conmutadores de semiconductor de potencia. En caso necesario, a cada uno de estos conmutadores de semiconductor de potencia se encuentra conectado, en paralelo y en sentido contrario, un diodo de rueda libre. Debido a esta disposition de conexion, en los bornes de conexion de cada submodulo se puede generar la tension de acumulador de energla Uc que recae en el acumulador de energla, una tension cero o la tension de acumulador de energla inversa -Uc. De este modo, con una conexion en serie de estos submodulos de puente integral se pueden generar contratensiones en ambas direcciones, en donde la contratension maxima depende de la cantidad de submodulos. Con la implementation de una modulation de duration de impulsos durante el accionamiento de los conmutadores de semiconductor de potencia, la contratension puede ser variada de manera casi continua entre la tension maxima positiva y maxima inversa del acumulador de energla.
De manera conveniente, a traves de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica se puede generar una corriente alterna en el area de la baja tension. La corriente alterna presenta la ventaja, de que puede ser acoplada de manera sencilla, por ejemplo de forma inductiva, y economica con otros medios que general corriente alterna para el acople y desacople de potencia electrica.
Conforme a un perfeccionamiento conveniente en este sentido, los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica presentan, al menos, una conexion en serie conectada en paralelo al acumulador de energla y esa conexion en serie se compone de dos conmutadores de semiconductor de potencia, conectables y desconectables, y una bobina. Con uno de sus bornes, la bobina se encuentra conectada con el punto de potencial entre los conmutadores de semiconductor de potencia de la conexion en serie mencionada. Conforme a un perfeccionamiento en este sentido, ademas de la bobina se implementa ademas, al menos, un condensador. Tambien se pueden implementar dos conexiones en serie en forma de un puente integral de conmutacion rlgida, en donde los puntos potenciales entre ambos conmutadores de semiconductor de potencia de ambas conexiones en serie se encuentran conectadas a la bobina con diferentes bornes.
De manera conveniente, la bobina se encuentra acoplada de forma inductiva con una bobina de una fuente de tension conectada en serie de otro dispositivo conforme a la invention, dispuesta en otro ramal del nodo de una red de corriente continua. Este acoplamiento inductivo se realiza, por ejemplo, a traves de transformadores individuales. Los transformadores individuales presentan arrollamientos secundarios que se encuentran conectados con la barra colectora de baja tension. Tambien es posible disponer todas las bobinas en un transformador comun.
La invencion hace referencia tambien a un nodo de tension de red (nodo de una red de corriente continua) con ramales, en donde en, al menos, dos ramales se encuentra dispuesto un dispositivo conforme a la presente invencion.
Conforme a la presente invencion, los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica de los, al menos, dos dispositivos, estan acoplados ente si mediante una barra colectora de baja tension. La barra colectora de baja tension se encuentra disenada, por ejemplo, para tensiones alternas.
Otros disenos convenientes y ventajas de la presente invencion son objeto de la siguiente description de ejemplos de ejecucion de la invencion considerando las figuras de los dibujos, en donde se han utilizado las mismas referencias para componentes iguales, y en donde
Figura 1 muestra un nodo de una red de corriente continua con una serie de ramales, en lo que se encuentra representado, en cada caso, un dispositivo conforme a la invencion de forma esquematica,
Figura 2 explica una ejecucion ejemplar del dispositivo conforme a la invencion conectado a un conmutador de interruption,
5 Figura 3 explica un ejemplo de ejecucion de una fuente de tension conectada en serie del dispositivo,
Figura 4 explica un submodulo de una fuente de tension conectada en serie, inclusive los medios para acoplar y desacoplar una potencia electrica,
Figura 5 explica, sobre la base de la figura 1, una red de transmision de corriente continua bipolar con dispositivos conforme a la invencion, as! como dos fuentes de corriente transversal opcionales,
10 Figuras 6 - 11 explican de modo esquematico, en cada caso, un ejemplo de ejecucion de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica,
Figuras 12 - 14 explican ejemplos de ejecucion de transformadores para acoplar las corrientes alternas que se pueden generar con los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica,
Figura 15 explica, sobre la base de la figura 1, una realization ejemplar del dispositivo conforme a la invencion con 15 una fuente de corriente transversal opcional mediante convertidor,
Figura 16 explica una realizacion ejemplar de una disposition que puede ser utilizada como fuente de tension conectada en serie o como fuente de corriente transversal,
Figura 17 explica un submodulo como conexion de semipuente,
Figura 18 explica un submodulo como conexion de puente integral,
20 Figura 19 explica una realizacion ejemplar con dos fuentes de tension conectadas en serie y una fuente de corriente transversal que se encuentran acopladas entre si mediante barras colectoras.
La figura 1 muestra un ejemplo de ejecucion de un nodo de una red de corriente continua 1 conforme a la invencion, que presenta una serie de ramales 2, 3, 4, en los que se encuentra dispuesto, en cada caso, un ejemplo de ejecucion del dispositivo conforme a la invencion 5. Cada dispositivo 5 presenta una fuente de tension conectada en 25 serie con medios para acoplar y desacoplar potencia electrica, en donde los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica se encuentran unidos ente si a traves de una barra colectora de baja tension 6. De esta manera se posibilita, por ejemplo, un intercambio de potencia entre los dispositivos 5a, 5b y 5c. De manera opcional se encuentra prevista una fuente de corriente transversal 40 que puede estar conectada al nodo de una red de corriente continua q y la barra colectora de baja tension 6. Ademas puede estar previsto un punto neutro 41 (potencial de 30 tierra) que este conectado con los dispositivos 5a, 5b y 5c as! como la fuente de corriente transversal 40.
La figura 5 muestra, sobre la base de la representation de la figura 1, el caso de una red de transmision de corriente continua bipolar que comprende un punto neutro positivo 1a y un punto neutro negativo 1b, as! como una barra colectora 6a para dispositivos 5a a 5c y una barra colectora 6b para dispositivos 5d a 5e.
De manera opcional pueden estar previstas dos fuentes de corriente transversal 40 a y 40b, que se encuentran 35 acopladas a traves del punto neutro 41. La fuente de corriente transversal 40a se encuentra conectada con el punto neutro positivo 1a y con la barra colectora 6a, y la fuente de corriente transversal 40b se encuentra conectada con el punto neutro negativo 1b y la barra colectora 6b.
La figura 15 muestra un ejemplo de ejecucion que se basa en la figura 1, en donde los dispositivos 5a a 5c, as! como la fuente de corriente transversal 40 se encuentran disenados, en cada caso, como un convertidor. Las conexiones 40 de corriente alterna de los dispositivos 5a a 5c se encuentran acoplados a traves de un transformador con la conexion de corriente alterna de la fuente de corriente transversal 40.
La figura 2 muestra una ejecucion ejemplar del dispositivo conforme a la invencion conectado a un conmutador de interrupcion. Conforme a este ejemplo, el dispositivo 5 comprende, de modo ejemplar, un circuito de corriente constante 7, as! como un circuito de corriente de desconexion 8 en el que se encuentra dispuesta una unidad de 45 conmutacion de potencia 9. La unidad de conmutacion de potencia 9 se encuentra instalada para interrumpir altas corrientes de cortocircuito accionadas por altas tensiones de hasta 500 kV. Tales unidades de conmutacion de potencia son conocidas por el especialista, de manera que en este punto no se explicara detalladamente su diseno.
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Hacen referenda, por ejemplo, a una conexion en serie de conmutadores de semiconductor de potencia, IGBT, IGCT, GTO o similares a los que, en cada caso, se encuentra conectado en paralelo y en sentido contrario, un diodo de rueda libre. En ese caso, los conmutadores de semiconductor de potencia y, de este modo, los diodos de rueda libre asignados, no se encuentran orientados todos en la misma direccion de corriente. Es mas, una disposicion antiserial de los conmutadores de semiconductor de potencia hace posible la conexion de corrientes en ambas direcciones. Para la reduccion de la energla que se libera durante la conexion, existen descargadores en conexion en paralelo a los conmutadores de semiconductor de potencia.
En el circuito de corriente constante 7 se encuentra dispuesto un interruptor mecanico rapido 10, que durante el funcionamiento normal se encuentra cerrado. Ademas se encuentra explicada de manera esquematica una fuente de tension conectada en serie 11 y la barra colectora de baja tension 6 para acoplar los dispositivos 5a, 5b y 5c. Como ya se ha explicado, la fuente de tension conectada en serie genera de forma activa una contratension en la malla conformada por el circuito de corriente constante 7 y el circuito de desconexion 8. La contratension genera una corriente circular en la malla, opuesta a la corriente continua de funcionamiento en el circuito de corriente constante. De este modo, la corriente resultante en el circuito de corriente constante puede ser limitada o atenuada completamente.
La figura 3 muestra un ejemplo de ejecucion de la fuente de tension conectada en serie 11 contenida en el dispositivo, que se compone, de manera ejemplar, de una conexion en serie de submodulos 12. Los submodulos 12 presentan, en cada caso, un primer borne de conexion 13, as! como un segundo borne de conexion 14. Los bornes de conexion 13 y 14 se encuentran dispuestos en el circuito de corriente constante 7, en el que conducen, durante el funcionamiento normal, una corriente continua. Cada submodulo presenta, ademas, un primer borne de conexion de tension alterna 15, as! como un segundo borne de conexion de tension alterna 16. Ambos bornes de conexion de tension alterna 15 y 16 se encuentran conectados, en cada caso, con la barra colectora de baja tension 6. En este caso se pueden implementar, por ejemplo, inductancias, transformadores o similares, a lo que se hara referencia mas adelante.
La figura 4 muestra un ejemplo de ejecucion de un submodulo 12, en donde el submodulo representado en la figura 4 presenta, a modo de ejemplo, una conexion de puente integral. Con otras palabras, el submodulo 12 presenta una primera conexion en serie de dos unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18. Cada unidad conmutadora de semiconductor de potencia 18 se compone de un IGBT 19 como conmutador de semiconductor de potencia, as! como de un diodo de rueda libre 20, conectado en paralelo y en sentido contrario. Ademas se puede reconocer una segunda conexion en serie 21, que tambien se encuentra conformada por dos unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18. La primera conexion en serie 17 y la segunda conexion en serie 21 tambien se encuentran conectadas en paralelo a un acumulador de energla 22, que se encuentra conformado como condensador acumulador. El punto de potencial entre las unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18 de la primera conexion en serie 17 se encuentra conectado con el primer borne de conexion 13, y el punto de potencial entre las unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18 de la segunda conexion en serie 21 se encuentra conectado con el segundo borne de conexion 14 del submodulo 12. Ademas se encuentran previstos medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23 que presenta una conexion en serie 24 compuesta por dos unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18, en donde el punto de potencial entre las unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18 de la conexion en serie 24 se encuentra conectado con el primer borne de conexion de corriente alterna 15. El segundo borne de conexion de corriente alterna 16 se encuentra conectado, a traves de un condensador 25, al polo del acumulador de energla 22. Ademas, los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23 presentan una inductancia 26 que se encuentra acoplada con una inductancia 27 de la barra colectora de baja tension 6. Debido a la falta de puesta a tierra, la inductancia o bobina 26 no debe ser disenada para altas tensiones en un rango de 500 kV. Debido a su conexion en uno de los polos del acumulador de energla, es decir, en el circuito intermedio, si se conecta en serie un condensador, las corrientes alternas que se pueden generar con la misma se encuentran en el area de la baja tension.
La figura 6 muestra nuevamente un submodulo 12 con puente integral, al que ya se hizo referencia en relacion a la figura 4. Sin embargo, en la figura 6 el submodulo 12 se muestra sin medios para acoplar y desacoplar potencia electrica. En lugar de esto, se han indicado puntos de conexion P y N, del lado de la corriente continua, para la conexion de los medios 23 para acoplar y desacoplar potencia electrica.
En las figuras 7, 8, 9, 10 y 11 se muestran diferentes disenos de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23.
La figura 7 muestra un primer ejemplo de ejecucion de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23, que ya se ha explicado en relacion con la figura 4.
La figura 8 muestra otro ejemplo de ejecucion de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23, que, en correspondencia con el ejemplo conforme a la figura 7, encuentran disenados como semipuente y presentan una conexion en serie 24 de dos unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18, en donde a la conexion en
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serie 24 se encuentra conectada en paralelo una conexion en serie de dos condensadores CDC. El punto de potencial entre ambos condensadores se encuentra conectado con el primer borne de la bobina 26, en donde el otro borne de la bobina 26 se encuentra conectado con el punto de potencial entre las unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18 de la conexion en serie 24. Como en el caso del diseno representado en la figura 7 de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica, en el ejemplo de ejecucion conforme a la figura 8 se trata de un semipuente de conmutacion rlgida. En comparacion con la figura 7, sin embargo, el circuito intermedio se encuentra realizado por los condensadores CDC como divisores de tension.
La figura 9 muestra otro ejemplo de ejecucion de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23, que, ademas de una primera conexion en serie de dos unidades conmutadoras de semiconductor de potencia, presenta una segunda conexion en serie 29 de dos unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18. El punto de potencial entre las unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18 de la primera conexion en serie 24 se encuentra conectado, a traves del primer borne de conexion de corriente alterna 15, con un primer borne de la bobina 26, mientras que el punto de potencial entre las unidades conmutadoras de semiconductor de potencia 18 de la segunda conexion en serie 29 se encuentra conectado, a traves del segundo borne de conexion de corriente alterna 16, con el otro borne de la bobina 26. La conmutacion conforme a la figura 9 puede ser denominado puente integral de conmutacion rlgida.
El ejemplo de ejecucion conforme a la figura 10 corresponde ampliamente al ejemplo de ejecucion conforme a la figura 9, en donde, sin embargo, en el primer borne de conexion de corriente alterna 15, es decir del lado de la corriente alterna, se encuentra dispuesto un condensador Cr. En este caso se trata, por consiguiente, de un punte integral conmutado de manera resonante.
La figura 11 corresponde ampliamente al ejemplo de ejecucion conforme a la figura 7, en donde el condensador, sin embargo, se encuentra dispuesto del lado de corriente alterna de la bobina 26, como condensador de resonancia. De esta manera, los medios 23 para acoplar y desacoplar potencia electrica conforme a la figura 11 pueden ser denominados como semipuente conmutado de manera resonante.
Respecto de los ejemplos de ejecucion 7 a 11 se puede decir, que los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica pueden estar disenados como semipuente o puente integral, tanto conmutado de manera rlgida como resonante. La conmutacion de forma resonante posee la ventaja de poder alcanzar una mayor frecuencia de tacto y, de este modo, un menor tamano del o de los transformadores para el acoplamiento de las inductancias de los diferentes dispositivos conforme a la invencion.
Posibles realizaciones de estos trasformadores 30 se muestran en las figuras 12, 13 y 14. En el ejemplo de ejecucion conforme a la figura 12 se ha previsto una multiplicidad de transformadores individuales 30. El arrollamiento primario de cada transformador individual 30 es conformado por una bobina 26 de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23. Es acoplada, a traves de un nucleo 31 del transformador 30, con un arrollamiento secundario 32. Todos los arrollamientos secundarios estan conectados entre si a traves de la barra colectora 6.
La figura 14 muestra un ejemplo de ejecucion con tres transformadores 30. Los arrollamientos secundarios de los transformadores 30, a su vez, se encuentran conectados entre si a traves de una barra colectora 6. Sin embargo, los arrollamientos secundarios se encuentran acoplados, en cada caso, con multiples inductancias o bobinas 26 de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica 23. Contrariamente a los ejemplos de ejecucion 12 y 14, el transformador 30 conforme a la figura 13 no presenta arrollamientos secundarios y ni barra colectora 6. Las inductancias de los medios para acoplar y desacoplar potencia electrica se encuentran acopladas entre si, mas bien, solo a traves del nucleo 31 del transformador. Las potencias intercambiadas se adicionan a cero.
La figura 16 muestra una realizacion ejemplar de una fuente de tension conectada en serie en forma de una disposicion 50, como se puede implementar, por ejemplo como 5a a 5c. La disposicion 50 se encuentra conectada con el nodo de corriente continua 1, por un lado, y con uno de los ramales 2, 3 o 4, por el otro. Por lo tanto, la fuente de tension conectada en serie se puede representar como un blpolo, que se encuentra conectado entre ambos polos 1 y 2 (o bien 3 o 4) de una corriente continua.
En el caso de la disposicion 50 se trata de un convertidor modular con tres modulos de fase 51, 52 y 53, de los cuales cada uno presenta dos derivaciones de modulo de fase 54 y 55, 56 y 57 as! como 58 y 59. Entre las respectivas derivaciones de modulo de fase se encuentra prevista una conexion de corriente alterna 60, 61, 62.
Cada derivacion de modulo de fase 54 a 59 presenta una multiplicidad de submodulos 63 conectados en serie.
Conforme a la figura 17, el submodulo 63 puede estar conformado como una conexion de semipuente con un acumulador de energla 64, que se encuentra dispuesto en paralelo a una conmutacion en serie de dos
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conmutadores de semiconductor de potencia 65, 66, para los que, en cada caso, se encuentra previsto un diodo de rueda libre 67, 68, paralelo y dispuesto en sentido contrario.
Como se muestra en la figura 18, de manera alternativa el submodulo 63 puede estar conformado como una conexion de puente integral. En ese caso se encuentran previstos cuatro conmutadores de semiconductor de potencia 70 a 73, de los cuales, en cada caso, dos se encuentran conectados en serie, y dos de esas conexiones en serie se encuentran dispuestas en paralelo a un acumulador de energla 69. Para cada uno de los conmutadores de semiconductor de potencia se encuentra dispuesto un diodo de rueda libre 74 a 77, paralelo y en sentido contrario.
En el caso de la conexion de semipuente, del lado de la corriente continua solo es posible una polaridad de la tension, mientras que la conexion de puente integral puede generar ambas polaridades de tension.
Las conexiones de corriente alterna 60, 61 y 62 pueden estar conectadas con un transformador de corriente trifasica.
A modo de ejemplo, la conexion conforme a la figura 16 se encuentra disenada con tres modulos de fases. De manera correspondiente en posible, prever un unico modulo de fases o una cantidad cualquiera de modulos de fases. Para la conexion de un transformador se encuentran previstos, al menos, dos modulos de fases con dos conexiones de corriente alterna.
Las fuentes de tension conectadas en serie 5a a 5c pueden estar construidas por una conexion en serie de submodulos 12, que, como se muestra ejemplarmente en la figura 3, pueden estar disenados como cuadripolos.
De manera complementaria se hace referencia a que tambien la fuente de corriente transversal 40, 40a o 40b puede estar disenada conforme a la disposicion de la figura 3. De forma alternativa, la fuente de corriente transversal 40, 40a o 40b puede estar disenada conforme a la disposicion mostrada en la figura 16.
De manera ventajosa, la fuente de corriente transversal puede estar realizada a traves de conexiones de semipuente y la fuente de tension conectada en serie puede estar realizado, de manera ventajosa, a traves de conexiones de puente integral.
La figura 19 muestra una disposicion de conexion esquematica que comprende una fuente de tension conectada en serie 80 (comparese fuente de tension conectada en serie 5a en figura 1), una fuente de tension conectada en serie 81 (comparese fuente de tension conectada en serie 5b en figura 1) y una fuente de corriente transversal 82 (comparese fuente de corriente transversal 40 en figura 1).
Las fuentes de tension conectadas en serie 80, 81 y la fuente de corriente transversal 82 poseen, conforme a los disenos para la disposicion 50, una construction similar:
De este modo, la fuente de tension conectada en serie 80 comprende multiples modulos de fase 83 a 86, en donde el modulo de fase 83 se encuentra conectado en serie con el modulo de fase 84. Ademas, los modulos de fase 85 y 86 se encuentran conectados en serie. Ambas conexiones en serie de los modulos de fases se encuentran conectadas en paralelo entre si, en donde un ramal central entre los modulos de fase conectados, en cada caso, en serie, se encuentra conectado a traves de un transformador 87 con la barra colectora de baja tension 6. La fuente de tension conectada en serie 80 se encuentra dispuesta entre la derivation 2 y el nodo de corriente continua 1.
Por consiguiente, estos disenos son validos para la fuente de tension conectada en serie 81, que se encuentra dispuesta entre la derivacion 3 y el nodo de corriente continua 1. Esta fuente de tension conectada en serie 81 comprende modulos de fase 88 a 91 que se encuentran dispuestos conforme a la fuente de tension conectada en serie 81. Ademas se encuentra previsto un transformador 92 que se encuentra conectado con la barra colectora de baja tension 6.
Tambien la fuente de corriente transversal 82 comprende modulos de fase 93 a 96, que se encuentran dispuestos de forma correspondiente. Un transformador 97 de la fuente de corriente transversal 82 se encuentra conectado con las conexiones de corriente alterna, as! como la barra colectora de baja tension 6. La fuente de corriente transversal 82 se encuentra conectada, por un lado, con el nodo de corriente continua 1 y, por el otro, con el punto neutro 41.
A traves de la barra colectora de baja tension 6, las fuentes de tension conectadas en serie 80, 81 y la fuente de corriente transversal 82 pueden intercambiar energla.
Como ya se ha explicado en vista de la figura 16, la fuente de tension conectada en serie 80, 81 y/o la fuente de corriente transversal 82 tambien puede presentar multiples derivaciones de modulo de fase y en correspondencia poner a disposicion multiples conexiones de corriente alterna, de las que, en cada caso, dos se encuentran conectadas a traves de un transformador.
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Listado de referencias
1 Nodo de una red de corriente continua
2 Ramal
3 Ramal
4 Ramal
5 Dispositivo 5a-5f Dispositivo
6 Barra colectora de baja tension
7 Circuito de corriente constante
8 Circuito de corriente de desconexion
9 Unidad de conmutacion de potencia
10 Interruptor
11 Fuente de tension conectada en serie
12 Submodulo
13 Borne de conexion
14 Borne de conexion
15 Borne de conexion de corriente alterna
16 Borne de conexion de corriente alterna
17 Conexion en serie
18 Unidad conmutadora de semiconductor de potencia
19 Unidad conmutadora de semiconductor de potencia (por ejemplo IGBT)
20 Diodo de rueda libre
21 Conexion en serie
22 Acumulador de energla
23 Medios para la conexion y desconexion de potencia electrica
24 Conexion en serie
25 Condensador
26 Bobina
27 Inductancia
29 Conexion en serie
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30 Transformador
31 Nucleo del transformador
32 Arrollamiento secundario
40 Fuente de corriente transversal
40a, 40b Fuente de corriente transversal
41 Punto neutro 50 Disposition 51-53 Modulo de fase
54-59 Ramal de modulo de fase 60-62 Conexion de corriente alterna
63 Submodulo
64 Acumulador de energla
65, 66 Conmutador de semiconductores de potencia 67, 68 Diodo de rueda libre 69 Acumulador de energla
70-73 Conmutador de semiconductores de potencia
74-77 Diodo de rueda libre
80, 81 Fuente de tension conectada en serie
82 Fuente de corriente transversal
83-86 Modulo de fase
87 Transformador
88-91 Modulo de fase
92 Transformador
93-96 Modulo de fase
97 Transformador
Claims (9)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. Dispositivo (5,5a,5b,5c) para el acoplamiento o desacoplamiento de una potencia en un ramal (2, 3, 4) de un nodo de una red de corriente continua (1) mediante una fuente de tension conectada en serie (11) que presenta medios (23) para acoplar o desacoplar potencia electrica,caracterizado porquelos medios (23) para acoplar y desacoplar potencia electrica estan acoplados mediante una barra colectora de baja tension con medios (23) para acoplar y desacoplar potencia electrica de otro dispositivo (5,5a,5b,5c) para el control de flujo de carga que se encuentran dispuestos en oto ramal (2, 3, 4) del mismo nodo de una red de corriente continua (1).
- 2. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porquela fuente de tension conectada en serie se puede conectar con un punto neutro mediante una fuente de corriente transversal.
- 3. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porquela fuente de tension conectada en serie presenta, al menos, un convertidor.
- 4. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porquela fuente de tension conectada en serie presenta, al menos, un modulo de fase con, al menos, dos ramales de modulo de fase conectados en serie, en donde se puede conectar un ramal central entre los ramales de modulo de fase con una conexion de corriente alterna, especialmente con un transformador.
- 5. Dispositivo conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porquela fuente de tension conectada en serie se encuentra conectada en serie con un interruptor mecanico, y en paralelo a la fuente de tension conectada en serie y el interruptor mecanico se encuentra dispuesta una unidad de conmutacion de potencia.
- 6. Dispositivo (5,5a, 5b, 5c) conforme a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porquela fuente de tension conectada en serie (11) presenta, al menos, un submodulo (12) con un acumulador de energla (22) y un conmutador de semiconductor de potencia (17, 21) y, ademas, se encuentra equipada con medios (23) para acoplar y desacoplar potencia electrica.
- 7. Dispositivo (5, 5a, 5b, 5c) conforme a la reivindicacion 6, caracterizado porquecada submodulo (12) presenta una conexion de semipuente.
- 8. Dispositivo (5, 5a, 5b, 5c) conforme a la reivindicacion 6, caracterizado porquecada submodulo (12) presenta una conexion de puente integral.
- 9. Dispositivo (5, 5a, 5b, 5c) conforme a una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porquea traves de los medios (23) para acoplar y desacoplar potencia electrica se puede generar una corriente alterna en el area de la baja tension.5 10. Dispositivo (5, 5a, 5b, 5c) conforme a la reivindicacion 9,caracterizado porquelos medios (23) para acoplar y desacoplar potencia electrica presentan, al menos, una conexion en serie (24) conectada en paralelo al acumulador de energla (22) y esa conexion en serie se compone de dos conmutadores de semiconductor de potencia (19), conectables y desconectables, y una bobina (26).10 11. Dispositivo (5, 5a, 5b, 5c) conforme a la reivindicacion 10,caracterizado porquela bobina (26) se encuentra acoplada de forma inductiva con una bobina (26) de una fuente de tension conectada en serie (11) de otro dispositivo (5,5a,5b,5c) conforme a la reivindicacion 8, que se encuentra dispuesta en otro ramal (2,3,4) del mismo nodo de una red de corriente continua (1).15
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