ES2632780T3 - Procedimiento de regulación para convertidores de conmutación automática, para regular el intercambio de potencia - Google Patents

Abstract

Procedimiento para regular un convertidor de conmutación automática (1), que está conectado a otros convertidores de conmutación automática (1) mediante su conexión de tensión alterna, a través de un componente inductivo (2), con un punto de acoplamiento (3) común a todos los convertidores (1) de una red de tensión alterna (4), en el que - a partir de una tensión de red establecida en el punto de acoplamiento (3) y una corriente del convertidor establecida que fluye a través del componente inductivo (2), se determinan una potencia activa P y una frecuencia fN, - se forman la diferencia entre la potencia activa P y una potencia activa nominal prefijada PSoll, para la obtención de un valor diferencial de potencia activa ΔP y - se forman la diferencia entre la frecuencia fN y una frecuencia nominal prefijada FSoll, para la obtención de un valor diferencial de frecuencia Δf, - en donde el valor diferencial de potencia activa ΔP alimenta tanto a un regulador ortogonal (17) como a un regulador paralelo (20), y - en donde para ajustar la amplitud de la tensión de red con el valor de salida del regulador ortogonal (17) se determina la potencia activa intercambiada entre el convertidor (1) y el punto de acoplamiento (13), y con el valor de salida del regulador paralelo (20) se minimiza la potencia reactiva intercambiada entre el convertidor (1) y el punto de acoplamiento (3), - en donde el valor diferencial de frecuencia Δf alimenta a un regulador de frecuencia (23) y el valor de salida del regulador de frecuencia (23) se combina con el valor de salida del regulador ortogonal (17) y el valor de salida del regulador paralelo (20), en donde al mismo tiempo se minimiza el valor diferencial de frecuencia Δf.

Description

DESCRIPCION

Procedimiento de regulacion para convertidores de conmutacion automatica, para regular el intercambio de potencia

La presente invencion hace referencia a un procedimiento para regular un convertidor de conmutacion automatica, que esta conectado a otros convertidores de conmutacion automatica mediante su conexion de tension alterna, a 5 traves de un componente inductivo, con un punto de acoplamiento comun a todos los convertidores de una red de tension alterna con frecuencia nominal fN.

La invencion hace referencia ademas a un convertidor de conmutacion automatica para transmitir una potencia con una conexion de tension alterna para conectar una red de tension alterna, una conexion de tension continua para conectar una red de tension continua y una unidad de regulacion, que esta conectada a unos conmutadores 10 semiconductores de potencia conectables y desconectables a traves de unas llneas de control y esta equipada para ajustar la transmision de la potencia con ayuda de un procedimiento citado al comienzo.

La invencion hace referencia ademas a un parque eolico con un gran numero de aerogeneradores, en donde cada aerogenerador presenta un convertidor de conmutacion automatica de este tipo.

Se conoce ya un procedimiento de este tipo, un convertidor de conmutacion automatica de este tipo y un parque 15 eolico de este tipo del artlculo de R. Blasco-Gimenez et al., Universidad Politecnica de Valencia, con el tltulo “Control distribuido de tension y frecuencia de parques eolicos marinos conectados con un enlace HVDC basado en diodos” (del ingles “Distributed Voltage and Frecuency Control of Off-shore Wind Farms Connected with a Diode Based HVDC link”). El convertidor de conmutacion automatica citado esta conectado a traves de un circuito intermedio de tension continua a otro convertidor, que actua como rectificador y por su parte esta conectado, en el lado de la 20 tension alterna, al generador sincronico de una central eolica. Al contrario que los procedimientos de regulacion habituales se propone que, con ayuda de la corriente activa, se ajuste la tension y, con la corriente reactiva ajustada, la frecuencia de la red de tension alterna conectada. Como procedimiento de regulacion se propone una regulacion de corriente, en donde se establecen unos valores nominales para la corriente activa y reactiva y se comparan respectivamente con las corrientes medidas del convertidor, formando unos valores diferenciales. El valor diferencial 25 respectivo se alimenta a un regulador, que es responsable de un activacion correspondiente del convertidor de conmutacion automatica. Los valores nominales para la corriente activa y reactiva se establecen con ayuda de reguladores, sobre la base de mediciones centralizadas y descentralizadas.

Del artlculo de R. Jocabert et al., con el tltulo “Control del convertidores de potencia en micro-redes de CA” (del ingles Control of Power Converters in AC Microgrids”), IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, VOL. 30 27, N° 11, noviembre de 2012, se conocen tambien un procedimiento de este tipo y un convertidor de este tipo.

El objeto de la invencion consiste en suministrar un procedimiento de la clase citada al comienzo, que en la practica pueda aplicarse facilmente y tenga una estructura lo mas sencilla posible.

La invencion resuelve este objeto mediante un procedimiento para regular un convertidor de conmutacion automatica, que esta conectado a otros convertidores de conmutacion automatica mediante su conexion de tension 35 alterna, a traves de un componente inductivo, con un punto de acoplamiento comun a todos los convertidores de una red de tension alterna, en el que

a partir de una tension de red -'11> establecida en el punto de acoplamiento y una corriente del convertidor

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■ establecida que fluye a traves del componente inductivo, se determinan una potencia activa P y una frecuencia fN,

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se forman la diferencia entre la potencia activa P y una potencia activa nominal prefijada Psoii, con la obtencion de un valor diferencial de potencia activa AP y

la diferencia entre la frecuencia fN y una frecuencia nominal prefijada Fsoii, con la obtencion de un valor diferencial de frecuencia Af,

en donde el valor diferencial de potencia activa AP alimenta tanto a un regulador ortogonal como a un regulador paralelo, y

en donde con el valor de salida del regulador ortogonal se determina la potencia activa P y con el valor de salida del regulador paralelo se minimiza la potencia reactiva intercambiada entre el convertidor y el punto de acoplamiento,

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- en donde el valor diferencial de frecuencia Af alimenta a un regulador de frecuencia y el valor de salida del regulador de frecuencia se combina con el valor de salida del regulador ortogonal y el valor de salida del regulador paralelo, en donde al mismo tiempo se minimiza el valor diferencial de frecuencia Af.

Con ayuda del procedimiento conforme a la invencion puede regularse un convertidor de conmutacion automatica para transmitir una potencia, que puede conectarse a una red de corriente alterna de alta tension en su conexion de tension alterna a traves de un componente inductivo. Con el termino “potencia” se hace referencia aqul a una potencia aparente, que comprende potencia tanto activa como reactiva. Para que pueda usarse ventajosa y practicamente el procedimiento en el marco de la presente invencion, la red de corriente alterna de alta tension deberla ser una red de corriente alterna de alta tension debil, que pueda presentar incluso una relacion de potencia de cortocircuito inferior a 2. Una red de corriente alterna de alta tension de este tipo puede estar conformada basicamente de cualquier forma en el marco de la invencion. De este modo es por ejemplo posible que la red de tension alterna este conectada a una red de distribucion fuerte a traves de una conexion de tension continua. La conexion de tension continua comprende ventajosamente un rectificador de diodos, que esta conectado a traves de una red de tension continua a otro convertidor, que esta conectado a la red de distribucion. Este convertidor es por ejemplo un convertidor de conmutacion automatica, como por ejemplo un llamado convertidor de fuente de tension (del ingles Voltage Source Converter (VSC)). Alternativamente al rectificador de diodos puede estar conectado a la red de tension alterna tambien un convertidor de conmutacion externa, que presenta tiristores como conmutadores semiconductores de potencia. El convertidor de conmutacion externa esta conectado despues a un VSC en lugar del rectificador de diodos a traves de una red de corriente continua de alta tension, p.ej. un circuito intermedio de tension continua.

En el marco de la invencion los diferentes convertidores de conmutacion automatica estan conectados como unidades de regulacion a una red de tension alterna debil. La red de tension alterna esta conectada por ejemplo a un rectificador de diodos o a un convertidor de conmutacion externa. A este respecto la red de tension alterna citada esta disenada para altas tensiones. No posee por ejemplo su propia fuente de energla y en todo caso puede abastecerse de energla desde el exterior a traves de una llnea de abastecimiento auxiliar.

Como medida de una red de tension alterna fuerte o debil el tecnico usa la llnea de cortocircuito Sk, que se calcula a partir del producto entre la corriente de cortocircuito lk, la corriente nominal Un y un factor de concatenacion ^,

conforme a la formula « * h *^3 . Si en el caso de un convertidor de conmutacion automatica se refiere la citada potencia de cortocircuito a la potencia activa nominal Pdc suministrada en el lado de la tension continua, se obtiene la relacion de potencia de cortocircuito, que en ingles recibe el nombre de “Short Circuit Ratio”, conforme a

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En el marco de la invencion para cada unidad de regulacion, es decir para cada convertidor de conmutacion automatica que se regula con el procedimiento conforme a la invencion, la citada relacion de potencia de cortocircuito en el margen llmite inferior puede ser inferior a 2. De este modo puede tratarse de una red de tension alterna debil, como se produce por ejemplo a la hora de acoplar parques eolicos marinos a una red de abastecimiento terrestre en su lado hacia la costa.

En el marco de la invencion se suministra por ello un procedimiento, en el que los convertidores de las centrales eolicas de un parque eolico estructuran automaticamente una red de tension alterna con la amplitud y frecuencia de red deseadas, a traves de la cual el parque eolico esta conectado por ejemplo al rectificador de diodos citado o al convertidor de conmutacion externa citado. A este respecto cada convertidor de conmutacion externa esta conectado a traves de un componente inductivo a un punto de acoplamiento comun a todos los convertidores (en ingles: “Point of Common Coupling”) de la citada red de tension alterna. Cada convertidor de conmutacion automatica, que esta regulado con ayuda del procedimiento conforme a la invencion, esta dispuesto por ejemplo en la gondola de la central eolica respectiva. Un convertidor de conmutacion externa es por ejemplo un convertidor que esta equipado con valvulas de tiristores. Una inductividad es p.ej. tambien un transformador, un estrangulador, una bobina u otro componente inductivo.

En el marco de la invencion en primer lugar se detecta la tension de red Uvp en el punto de acoplamiento comun (Point of Common Coupling) de la red de tension alterna. Para ello se establece con ayuda de aparatos de medicion

u

y medios de tratamiento de serial la citada tension alterna como vector espacial ~*YP , en donde un vector espacial se caracteriza a partir de ahora mediante una flecha dispuesta debajo de la respectiva variable. Las variables complejas estan subrayadas. El Indice 1 quiere indicar que se trata de una variable de oscilacion fundamental. El Indice + y el Indice - caracterizan la secuencia positiva o la secuencia negativa. El Indice II y el indice -L indican que las amplitudes complejas discurren en la direccion del o perpendicularmente al vector espacial de la secuencia

a

positiva de oscilacion fundamental de la tension de red en el punto de acoplamiento -,w>. Las variables de salida de

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los reguladores usados en la invencion son variables simples. En el caso de variables complejas con estrellas en la parte superior se trata de variables complejas conjugadas.

En el marco de la invencion ademas del vector espacial de la tension de red -’^'tambien se establece la corriente

/

del convertidor, en donde tambien aqui se calcula un vector espacial de corriente a partir de los valores de corriente del convertidor medidos. A la regulacion se prefijan ademas como variables de entrada variables nominales en forma de una potencia activa nominal Psoll y una frecuencia nominal Fsoii. Los valores nominales pueden prefijarse por ejemplo desde una unidad de control central, como por ejemplo un controlador de parque eolico. Ademas de esto, sin embargo, por ejemplo cada central eolica puede presenter unidades funcionales para

u

una generacion adecuada de los citados valores nominales. Con ayuda de la tension de red _>w’y la corriente del i

convertidor que fluye a traves del componente inductivo, puede determinarse una potencia activa P, que a traves del componente inductivo se intercambia con la red de tension alterna debil. Esta potencia activa real se compara con la potencia activa nominal Psoll prefijada. La diferencia de potencia activa AP obtenida de esta comparacion alimenta, en el marco de la presente invencion, tanto a un regulador ortogonal como a un regulador paralelo. La senal de salida del regulador ortogonal se corresponde con un valor que se corresponde a su vez con la magnitud del vector espacial de tension, que es perpendicular al vector espacial de tension de la red de tension alterna en el punto de acoplamiento. Mediante este valor de salida del regulador ortogonal se determina por ello fundamentalmente la potencia activa intercambiada. Esto se debe al acoplamiento inductivo del convertidor de conmutacion automatica en la red de tension alterna. El valor de salida del regulador paralelo minimiza en el marco de la invencion la potencia reactiva intercambiada. Conforme a la invencion esta previsto ademas un regulador de frecuencia, que se usa para que la tension suministrada por el convertidor de conmutacion automatica a su conexion de tension alterna tambien estabilice la frecuencia de la tension de red en el punto de acoplamiento.

Conforme a la invencion se prescinde de un regulador de corriente directo. Esto hace posible un funcionamiento estable en una red de tension alterna electrica, que no presenta una impedancia de red muy alta o no lineal y ademas tampoco una fuente de energla propia. En el marco de la invencion la potencia reactiva de la unidad de regulacion no se regula directamente y representa de este modo un grado de libertad en el sistema.

Se anade ventajosamente al valor de salida del regulador ortogonal y/o al valor de salida del regulador paralelo y/o al valor de salida del regulador de frecuencia un valor de control previo, con lo que se obtiene un valor de adicion del regulador de control previo ortogonal, un valor de adicion del regulador de control previo paralelo o un valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia. Mediante el control previo se mejora considerablemente la dinamica de la regulacion.

Conforme a un perfeccionamiento oportuno de la invencion con relacion a lo mencionado se combinan entre si de una forma aditiva el valor de adicion del regulador de control previo ortogonal y el valor de adicion del regulador de

control previo paralelo multiplicados por j, en donde de la combinacion aditiva se establece una amplitud Izl y una

u u

frecuencia previa de una tension del convertidor ~^Rf:, que se corresponde con una tension del convertidor -,*B, que es responsable de la transmision de una potencia activa, que en lo posible se corresponde con la potencia activa nominal y que al mismo tiempo minimiza la potencia reactiva.

Conforme a otro perfeccionamiento relacionado con lo mencionado se combina el valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia de una forma aditiva con una componente de frecuencia previa, con lo que se obtiene la frecuencia de la tension del convertidor a ajustar.

Ventajosamente el valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia comprende de una forma aditiva la salida de un regulador de sincronizacion de fase, que tiene cuenta el abastecimiento de la red de tension alterna a traves de la llnea de abastecimiento auxiliar.

Conforme a un perfeccionamiento conveniente con relacion a lo mencionado se conforma la diferencia entre la potencia activa auxiliar nominal PAux,Soll y la potencia auxiliar PAux transmitida a traves de la llnea de abastecimiento auxiliar, con lo que se obtiene un valor diferencial de potencia activa auxiliar APAux y el valor diferencial de potencia activa auxiliar APaux se alimenta como variable de entrada al regulador de sincronizacion de fase. De este modo es posible, en el marco de la invencion, con ello incluyendo una limitacion en su potencia, tener en cuenta un determinado abastecimiento de energla electrica de la red de tension alterna desde el exterior. Sin embargo, esto solo es posible conforme a la invencion si la fase esta disponible con un cierto grado de libertad durante la regulacion. Por ello se prescinde ventajosamente del uso habitual de la transformada sobre un parque eolico a la hora de establecer el vector espacial de tension y el vector espacial de corriente. Conforme a la invencion se aplican mas bien de forma preferida la llamada transformada de Fourier discreta DFT y la transformada de Fourier discreta inversa IDFT.

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Conforme a otra variante el valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia comprende de una forma aditiva un angulo de compensacion ^komp, que compensa los efectos de tiempo muerto en el circuito de regulation del convertidor. Al tenerse en cuenta los efectos de tiempo muerto se aumenta la precision del regulador.

De la salida negativa del regulador ortogonal se sustrae convenientemente un valor de control previo conforme a la

formula

imagen3

li

A la salida negativa del regulador paralelo se anade ademas convenientemente el valor de la tension de red ".

Conforme a otra variante se anade ademas al valor de salida del regulador de frecuencia el valor de frecuencia establecido de la tension de red.

Conforme a otra variante se sustrae del valor diferencial de frecuencia Af un valor nominal suplementario Cq*Q, que se obtiene del producto entre un parametro de potencia reactiva prefijado Cq y una potencia reactiva Q, establecida

/( l

a partir de la tension de red de la corriente del convertidor ~,RE.

Conforme a otra variante se sustrae del valor diferencial de frecuencia Af un valor nominal suplementario Cq*|Q|, que se obtiene del producto entre un parametro de potencia reactiva prefijado Cq y un valor de la potencia reactiva Q,

u

establecido a partir de la tension de red y de la corriente del convertidor i.

u

En el marco de la invention se tiene en cuenta convenientemente de la tension de red ’1 T solamente la componente

u

de la secuencia positiva -fr/J-l+ de la oscilacion fundamental. Esto simplifica notablemente la regulacion.

En el marco de la invencion se detectan la tension de red "'y la corriente del convertidor ^“'con ayuda de sensores de medicion, cuyas senales de salida se exploran con la obtencion de valores de exploration y los valores de exploracion se digitalizan, en donde se promedia entre los valores de exploracion secuenciales. El procedimiento conforme a la invencion, afinado de este modo, se basa en la detection de un vector espacial de tension mediante unos metodos adecuados del tratamiento de senales, por ejemplo con una transformada de Fourier discreta con una ventana de valor medio, cuyo tamano de ventana se determina dinamicamente. De este modo se determina el numero de valores de exploracion y con ello por ejemplo la longitud de transmision de la ventana deslizante de valor medio mediante el cociente entre frecuencia de exploracion y frecuencia de red. Si la frecuencia de exploracion es por ejemplo de 5 KHz y la frecuencia de referencia de 50 Hz, se obtiene una longitud de transformada o en otras palabras el numero de valores de exploracion secuenciales, sobre los que promedia, es 100. Si por el contrario la frecuencia de red es de 51 Hz, solo se promedia sobre 98 valores de exploracion.

Otras configuraciones y ventajas convenientes de la invencion son objeto de la siguiente description de ejemplos de realization, haciendo referencia al dibujo, en donde los mismos slmbolos de referencia hacen referencia unos componentes con el mismo efecto, y en donde

la figura 1 muestra una serie del convertidores con la misma estructura, que estan conectados respectivamente a traves de un componente inductivo a una red de tension alterna, en donde la red de tension alterna es una red de tension alterna debil y presenta una impedancia no lineal,

la figura 2 muestra en una representation vectorial la influencia y el modo de operation del regulador de frecuencia y del regulador ortogonal,

la figura 3 muestra el procedimiento conforme a la invencion, y

la figura 4 muestra esquematicamente un ejemplo de realizacion del parque eolico conforme a la invencion y del convertidor de conmutacion automatica conforme a la invencion.

La figura 1 muestra en una exposition en perspectiva una serie del convertidores de conmutacion automatica 1, que esta conectada a traves de un componente inductivo 2 a un punto de acoplamiento 3 de una red de tension alterna 4, cuya impedancia se muestra en el diagrama 5. Puede verse que en la red de tension alterna 4 primero no fluye

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u

ninguna corriente I, hasta que tension de red alcanza una tension umbral. A continuacion aumenta la corriente conforme aumenta la tension, aqul a modo de ejemplo, linealmente. Una impedancia no lineal de este tipo refleja el comportamiento de una red de tension alterna, que esta conectada a traves de una conexion de tension continua a la red de abastecimiento Ured, en donde la conexion de tension continua presenta un rectificador de diodos no mostrado. A este respecto la conexion de tension alterna del rectificador de diodos esta conectada a la red de tension alterna 4. El citado rectificador de diodos esta conectado con sus conexiones de tension continua a un circuito intermedio de tension continua o a otra red de tension continua, que a su vez esta conectada a la red de abastecimiento Ured a traves de otro convertidor. Estas topologlas de red se usan por ejemplo para enlazar un parque eolico dispuesto en el mar o en un lago. A causa de la conexion de tension continua la potencia generada por el parque eolico puede transmitirse tambien a grandes distancias, con pocas perdidas, a la red de abastecimiento Ured fuerte en tierra.

Cada convertidor de conmutacion automatica 1 esta conectado a un acumulador de energla 6, que se trata por ejemplo de un condensador de un circuito intermedio de tension continua. En una variante preferida el acumulador de energla 6 forma parte de un circuito intermedio de tension continua, que se usa para conectar, en el lado de la tension continua, el convertidor 1 a otro convertidor, que en la figura 1 no se ha representado figurativamente. El convertidor no representado esta conectado en el lado de la tension alterna a un generador, que por ejemplo forma parte de una central eolica. La energla cinetica obtenida por las palas de rotor de la central eolica se convierte despues mediante el generador en energla electrica y esta energla se almacena de forma intermedia en el acumulador de energla 6. El procedimiento conforme a la invencion hace posible estructurar la red de tension alterna 4 con la frecuencia y amplitud deseadas, sin que se necesite para ello una fuente de energla autonoma independiente con una potencia suficientemente alta. En el marco de la invencion es, sin embargo, tambien posible tener en cuenta un abastecimiento de energla auxiliar, que tampoco se representa en la figura 1. Aqul se trata por ejemplo de una conexion de tension alterna sencilla, que sin embargo esta limitada en su tension, por ejemplo a 6 kV. Con la misma, por ejemplo, ciertamente es posible accionar la orientacion las palas de rotor de la central eolica. En el marco de la invencion ya no es necesaria una estructura de una red de tension alterna, para el abastecimiento de energla auxiliar, con la que los convertidores pueden sincronizarse facilmente.

En el ejemplo de realizacion de la invencion mostrado esquematicamente en la figura 3 se detecta la tension de red

it

con ayuda de sensores de medicion, que consiste en una red de tension alterna multifasica. En primer lugar se establece el vector espacial de la tension de red en el punto de acoplamiento 3 y se somete a una transformada de Fourier discreta (DFT). El vector espacial de la tension de red se representa aqul en coordenadas polares, en donde se obtiene

u =Uyp ■e,'2xf'1 (1)

-*rp, i+

Despues de la transformada de Fourier discreta se determinan la amplitud compleja de la citada tension de red |z| como la fase que contiene la frecuencia de la tension de red como arqfzl. Ademas de esto se detecta tambien la i

corriente del convertidor ^“'que fluye a traves del componente inductivo mediante sensores de medicion, que estan dispuestos entre el convertidor 1 y el componente inductivo 2. La tercera variable de entrada es, en el ejemplo de

i

realizacion del procedimiento conforme a la invencion, la corriente auxiliar ->xrar que fluye a traves de la linea de abastecimiento auxiliar 7.

Todas las variables de entrada se afinan mediante un filtro de ajuste fino 8 y a continuacion se alimentan al bloque funcional de la citada transformada de Fourier discreta (DFT). En la transformada de Fourier se promedia sobre N valores de exploracion, en donde el numero de valores de exploracion N o en otras palabras la variable de la ventana de promediado se mantiene variable y se hace depender de la frecuencia que se presente respectivamente. Esto se trata posteriormente con mas detalle.

u

El vector complejo de la tension de red se usa para determinar tanto la fase como argumento angular arqfzl como la amplitud |z|.

Sobre la base de la formula

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se determina la potencia aparente Sre.vp, en donde ^ffl'se corresponde con la corriente del convertidor. El intercambio de energia de cada unidad de regulacion, es decir de cada convertidor 1 con la red de tension alterna 4,

u

se genera mediante dos componentes en el vector espacial de tension nominal ->Kf:del convertidor respectivo. Una

U = Ci * u

► JtEJl

■ (TU+

La componente ortogonal

de estas componentes es una componente paralela

u — J • c, u

—> RE X _* yp ]+

discurre perpendicularmente al vector de tension de red. En el marco de la invencion se parte de la base de que la impedancia de acoplamiento Zk del componente inductivo 2 para la oscilacion fundamental presenta una componente predominantemente inductiva. Este comportamiento puede representarse

Zk=-Rk+JXk mit (Xk/Rk> 1)' i =(« ~u )' —K

mediante la formula = . Con ■+*£ se obtiene, teniendo

solamente en cuenta la secuencia positiva,

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y de este modo para la potencia activa que define el intercambio de energia

imagen6

Teniendo en cuenta la suposicion aqul indicada Xk/Rk>1 se obtiene

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Esta relacion la usa la unidad de regulacion, utilizando el valor nominal para la potencia activa Psoll como valor de control previo para la componente ortogonal en la tension nominal:

u

—*RE,VOK,±

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Ademas de lo mencionado la unidad de regulacion superpone un valor de correccion para compensar imprecisiones para la componente ortogonal en la tension nominal, utilizando el valor diferencial de potencia activa AP.

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Estas dos componentes ortogonales unicamente son eficaces si, interactuando con la red electrica 4, aparece una corriente correspondiente. A causa de la caracterlstica no lineal 5 de la impedancia, esta corriente no se genera necesariamente. Por ello desde la unidad de regulacion, es decir el convertidor 1, la componente paralela en la

U

1

u

u

, Cll 4

tension nominal, adicionalmente al valor de control previo -»r/\i+ -htj+ (con r j \a

potencia reactiva en el punto de acoplamiento se minimiza, complementada con una componente de correccion que es proporcional al valor diferencial de potencia activa AP. Se obtiene

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El citado valor de correccion actua directamente sobre el valor de tension en el punto de acoplamiento mediante una intensa retroalimentacion a traves del divisor de impedancia, que esta formado por la impedancia de acoplamiento Zk y la impedancia de red Zn. Para el caso i = 0 se obtiene, a partir de dos ciclos de la reticula de la red y de la

(u — u )IZLK={u — u )/ZJV

equiparacion de las dos corrientes de la reticula de la red ~*ke ~*N ~*vp y tambien

despues de la sustitucion de los terminos individuales

imagen11

Zv

La retroalimentacion de la componente en ~*'r causada por los divisores de impedancia —-v —K y a traves de la deteccion de tension en la unidad de regulacion se hace tanto mas debil cuanto mas fuerte sea la red, es decir,

p

cuanto menor sea el valor Zn. De este modo se incrementa, segun una prefijacion de s0"*0, en el caso de que

, la tension en el punto de acoplamiento mediante la retroalimentacion, a traves del metodo de promediado antes citado de la deteccion de tension.

La figura 3 muestra las relaciones antes citadas en un diagrama de desarrollo correspondiente a la regulacion. Como

u

ya se ha explicado, el vector espacial de la tension de red en el punto de acoplamiento la corriente del

i

convertidor ^Kt'que fluye respectivamente a traves del componente inductivo 2 asi como, dado el caso, una

i

corriente ~^AUX que fluye a traves de la linea de conexion auxiliar 7 se usan como variables de entrada para el procedimiento de regulacion, en donde el respectivo vector espacial se establece basandose en mediciones. Las citadas variables de entrada se afinan respectivamente en un filtro de ajuste fino 8 y a continuacion se someten a una transformada de Fourier discreta DFT. La variable de salida del respectivo bloque funcional DFT puede registrarse como vector complejo, que puede representarse en coordenadas cartesianas de la manera siguiente:

. El angulo que forma el vector con el eje x con relacion

arg{z} = a tan(—) al origen es -v .

ZN =x+jy.

El valor se calcula conforme a

2 . 2 + V

U,

A partir del vector complejo de la tension de red — se determina mediante un formador de valor 10, por ejemplo de este modo, el valor de la tension de red y mediante un formador de valor inverso 11 se calcula el valor inverso del valor de la tension de red. Mediante un multiplicador 12 se multiplica el citado valor inverso por el valor nominal de la potencia activa Psoii y a continuacion se multiplica por el parametro Cp mediante el multiplicador 13, de tal manera

imagen12

que se obtiene un valor conforme a la formula (6). El termino ' en la formula 6 se corresponde con un valor sobre una unidad circular, es decir un angulo en si mismo, que no es necesario tener en cuenta en este punto de la regulacion.

Una unidad de calculo de potencia aparente 14 suministra una serial de salida que se corresponde con la potencia aparente que se intercambia a traves del respectivo componente inductivo 2, en donde como variables de entrada

u

de la unidad de calculo de potencia aparente se usan el vector complejo de la tension de red *vp y la componente

*

l

compleja conjugada del vector complejo de la corriente del convertidor ' . Las dos variables se multiplican

entre si y a continuacion se multiplican por un factor 3/2. La unidad de calculo de potencia aparente 14 esta conectada en el lado de salida a un formador de la parte real 15, que establece la parte real de la potencia aparente, es decir la potencia activa Pi, y suministra en el lado de salida una serial que se corresponde con la potencia activa P intercambiada a traves del componente inductivo 2. El sumador 16 calcula la diferencia de potencia activa AP

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como diferencia P entre la potencia activa nominal Psoii introducida desde un punto exterior y la potencia activa real P citada, en donde AP es la variable de entrada para el regulador PI 17. En el lado de salida del regulador PI 17 se suministra por ello una senal que se corresponde con la formula (7).

El valor negativo del regulador PI (17) y el valor negativo del multiplicador (13) se suman en el sumador 18, en donde el multiplicador 10 mediante multiplication por j realiza un giro de 90°, de tal manera que el valor de salida del multiplicador se corresponde con el valor ortogonal deseado, que discurre en angulo recto respecto al vector de la tension de red. Los valores negativos son el resultado solamente de la election de la corriente de referenda para

/

- en la figura 1 y se invierten en el caso de la flecha de referencia se gire 180°.

Ademas de esto se suministra un regulador paralelo 20, el cual se trata de un regulador proporcional. Como variable de entrada para el regulador paralelo 20 se usa la diferencia de potencia activa AP, en donde el valor de salida del regulador paralelo 20 se sustrae mediante el sumador 21 de un valor de control previo, precisamente del valor de la

tension de red —conforme a la formula (8). La formation de diferencia se convierte en una formation de suma en

7

el caso de la se invierta en la figura el sentido de la corriente de referencia para

Las senales de salida del multiplicador 19 y del sumador 21 se suman entre si mediante el sumador 22, en donde se

H

obtiene un vector complejo , que se ha representado en la figura 2 en un diagrama de vector. Como ya se ha explicado, el componente paralelo se corresponde lo mas exactamente posible con el vector de la tension de red u

-*vr, en donde la componente ortogonal, que en la figura 2 se ha designado con el simbolo de referencia 23, tambien determina fundamentalmente la amplitud del vector espacial de tension nominal -*EE_

u

Ademas del ajuste de la amplitud de la tension de red ->ra>, el procedimiento conforme a la invention regula sin

U

embargo tambien la frecuencia del vector espacial de tension de red ~*}'F , en donde se emplea un regulador de frecuencia 23, en el que se trata de nuevo de un regulador PI. De este modo, a partir del vector espacial de la n

tension de red -*vp se establece la variation de la frecuencia de red mediante el formador de argumento 24 y el modulo descargador 25, a los que esta post-conectado un filtro de ajuste fino 26. Con ayuda de la variacion de frecuencia se fija en el formador de la ventana de promediado 9 la longitud de transformada N para promediar la DFT y la transformada de Fourier discreta inversa IDFT. La variacion de frecuencia y una frecuencia nominal fn prefijada se sustraen de un valor nominal de frecuencia FSoll en el sumador 27. Fn es por ejemplo 50 Hz o 60 Hz.

Como valor de control previo se multiplica la parte imaginaria de la potencia aparente mediante el multiplicador 28 por un parametro de sistema Cq, en donde el citado producto se sustrae tambien del valor nominal de frecuencia. Alternativamente tambien puede multiplicarse el valor de la parte imaginaria de la potencia aparente por un parametro de sistema Cq. La salida del sumador 27 se usa como variable de entrada para el regulador de frecuencia 23, de tal manera que conforme a la formula

imagen13

se obtiene un angulo de giro adicional como valor de salida, que se conecta posteriormente mediante adicion a la salida del formador de argumento 29 en el sumador 30. Al valor de salida del sumador 30 se conecta posteriormente mediante el sumador 31 un angulo de compensation ^komp, de donde se obtiene un angulo de giro suplementario AF, que se conecta posteriormente al angulo del regulador de amplitud mediante el sumador 32.

La influencia de la regulation de frecuencia se ha representado esquematicamente en la figura 2. La regulation de

u

frecuencia produce un giro de la tension del convertidor ->kb , suministrada por el convertidor, en y u * eU9ut ►if')

.La proyeccion de en el vector de la tension de red -*vf es menor que la

U it

proyeccion de ->*e en -tw, de tal manera que se obtiene una variacion de la tension paralela |Au|, que se corresponde aproximadamente con la potencia reactiva Qvp intercambiada a traves del componente inductivo 2.

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U

El giro del vector espacial de tension nominal -^produce por ello una variacion de la potencia reactiva Qvp. Por ello puede conseguirse una estabilizacion de la regulacion de frecuencia de cada unidad de regulacion, en particular en funcionamiento multiple, mediante una correccion del valor nominal FSoll mediante una componente dependiente de QVP o, alternativamente, de QVP.

La regulacion de la frecuencia define la fase de la tension hasta un valor constante 90. Este grado de libertad puede usarse para cumplir una tarea reguladora adicional, por ejemplo el suministro de potencia activa en el punto de conexion 3 mediante una conexion auxiliar adicional 7, en donde la potencia activa auxiliar Paux suministrada se obtiene de la parte real (Re) de la potencia aparente auxiliar Saux, que se calcula conforme a

SAa=3/2{u -i *}

. El valor de la potencia activa auxiliar Paux se corresponde con la senal de salida del formador de parte real 33. A la salida del sumador 34 se obtiene de este modo una serial, que se corresponde con aP =P -P

Aux Soll.Atix Au. pSoll, Aux es una variable nominal de la prefijacion prefijada desde cualquier punto, que procede por ejemplo de una regulacion central del parque eolico, que en ingles recibe tambien el nombre de “Park Pilot”. Esta senal APAux se alimenta a un regulador de sincronizacion de fase 35, que en el lado de salida genera una senal que se corresponde con la formula

imagen14

Esta senal de salida se alimenta al sumador 32 y de este modo se conecta adicionalmente a la senal de salida del regulador de frecuencia.

La figura 4 muestra un ejemplo de realizacion del parque eolico 3 conforme a la invention, que esta disenado para generar una potencia electrica mediante la action del viento. Como se ha indicado mediante las tres llneas onduladas en la figura, el parque eolico 36 all! mostrado esta dispuesto en un lago o en el mar y posee varias centrales eolicas 37, que estan equipadas respectivamente con un rotor que presenta unas palas de rotor 38, que se hace girar mediante el viento. El giro de las palas de rotor 38 se aplica a un generador no representado en la figura que, en el lado de salida, suministra una tension alterna. El generador esta conectado a un convertidor 39, que actua como rectificador y esta conectado en el lado de la tension continua al convertidor 1 de conmutacion automatica conforme a la invencion, como unidad de regulacion para el procedimiento conforme a la invencion. La conexion de tension continua 40, que se extiende entre los convertidores 1 y 39 esta equipada con el acumulador de energla 6 citado, que sin embargo no se ha representado aqul en la figura. La tension que cae en el acumulador de energla 6 se regula mediante el convertidor 39 en la forma habitual, conocida por el tecnico. A traves de un transformador, que puede entenderse como inductividad 2, cada convertidor de conmutacion automatica 1 esta conectado a la red de tension alterna 4 en el lado del mar. La tension y frecuencia de l red de tension alterna 4 se ajustan mediante el procedimiento de regulacion conforme a la invencion. Aqul la tension esta situada ventajosamente en el margen de tension media (1 kV a 50 kV). La red de tension alterna 4 esta conectada a traves de otro transformador 41 al rectificador de diodos 42. El mismo esta dispuesto en el lado del mar, cerca del parque eolico 36. El transformador de alta tension 41 genera una corriente alterna de alta tension de algunos cientos de kilovoltios. El rectificador de diodos 42 forma parte de una conexion de tension continua, que comprende un circuito intermedio de tension continua 43 y un oscilador 44 dispuesto en tierra. El oscilador 44 esta conectado a la red de abastecimiento terrestre a traves del transformador 45. Toda la instalacion puede estar equipada con otros grupos constructivos no mostrados aqul como estranguladores, filtros, fusibles, interruptores o dispositivos de conmutacion. Los convertidores 1 y 39 estan dispuestos conjuntamente en una gondola en la respectiva central eolica 37.

Claims (17)

1. 5

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   45

   REIVINDICACIONES

   1. Procedimiento para regular un convertidor de conmutacion automatica (1), que esta conectado a otros convertidores de conmutacion automatica (1) mediante su conexion de tension alterna, a traves de un componente inductivo (2), con un punto de acoplamiento (3) comun a todos los convertidores (1) de una red de tension alterna (4), en el que

   11 l'p

   - a partir de una tension de red establecida en el punto de acoplamiento (3) y una corriente del

   convertidor establecida que fluye a traves del componente inductivo (2), se determinan una potencia activa P y una frecuencia fN,

   - se forman la diferencia entre la potencia activa P y una potencia activa nominal prefijada Psoll, para la obtencion de un valor diferencial de potencia activa AP y

   - se forman la diferencia entre la frecuencia fN y una frecuencia nominal prefijada Fsoll, para la obtencion de un valor diferencial de frecuencia Af,

   - en donde el valor diferencial de potencia activa AP alimenta tanto a un regulador ortogonal (17) como a un regulador paralelo (20), y

   - en donde para ajustar la amplitud de la tension de red con el valor de salida del regulador ortogonal (17) se determina la potencia activa intercambiada entre el convertidor (1) y el punto de acoplamiento (13), y con el valor de salida del regulador paralelo (20) se minimiza la potencia reactiva intercambiada entre el convertidor (1) y el punto de acoplamiento (3),

   - en donde el valor diferencial de frecuencia Af alimenta a un regulador de frecuencia (23) y el valor de salida del regulador de frecuencia (23) se combina con el valor de salida del regulador ortogonal (17) y el valor de salida del regulador paralelo (20), en donde al mismo tiempo se minimiza el valor diferencial de frecuencia Af.
2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, caracterizado porque se anade al valor de salida del regulador ortogonal (17) y/o al valor de salida del regulador paralelo (20) y/o al valor de salida del regulador de frecuencia (23) un valor de control previo, con lo que se obtiene un valor de adicion del regulador de control previo ortogonal, un valor de adicion del regulador de control previo paralelo o un valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia.
3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2, caracterizado porque se combinan entre si de una forma aditiva el valor de adicion del regulador de control previo ortogonal y el valor de adicion del regulador de control previo paralelo multiplicados por j, y de la combinacion aditiva se establece la amplitud |z| y una fase previa de una tension del

   I I /arg{jl

   U — \z\ & ‘

   convertidor , que se corresponde con una tension del convertidor, que es responsable de la

   transmision de una potencia activa P, que en lo posible se corresponde con la potencia activa nominal PSoll y con la que se minimiza la potencia reactiva.
4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 3, caracterizado porque se combina el valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia de una forma aditiva a la fase previa, con lo que se obtiene la fase de la tension del convertidor a ajustar.
5. 5. Procedimiento segun la reivindicacion 4, caracterizado porque el valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia comprende de una forma aditiva la salida de un regulador de sincronizacion de fase (35), que tiene en cuenta el abastecimiento de la red de tension alterna a traves de una llnea de abastecimiento auxiliar (7).
6. 6. Procedimiento segun la reivindicacion 5, caracterizado porque se forma la diferencia entre una potencia activa auxiliar nominal PAux,Soll y la potencia auxiliar PAux transmitida a traves de la llnea de abastecimiento auxiliar, con lo que se obtiene un valor diferencial de potencia activa auxiliar APAux y el valor diferencial de potencia activa auxiliar APaux se alimenta como variable de entrada al regulador de sincronizacion de fase (35).
7. 7. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado porque el valor de adicion del regulador de control previo de frecuencia comprende de una forma aditiva un angulo de compensacion ^komp, que compensa los efectos de tiempo muerto en el circuito de regulacion del convertidor (1).

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   35
8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 2 6 3, caracterizado porque de la salida negativa del regulador ortogonal

   (17) se sustrae un valor de control previo conforme a la formula

   imagen1
9. 9. Procedimiento segun la reivindicacion 2 6 3, caracterizado porque a la salida negativa del regulador paralelo (20)

   u

   se anade ademas el valor de la tension de red | *'T | o, en el caso de la flecha de referenda de corriente inversa

   i

   para i \a salida positiva del regulador paralelo.
10. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 2 6 3, caracterizado porque se anade ademas al valor de salida del

    u

    regulador de frecuencia (23) el valor de frecuencia establecido de la tension de red -w como valor de control previo.
11. 11. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se sustrae del valor diferencial de frecuencia Af un valor nominal suplementario Cq*Q, que se obtiene del producto entre un parametro de potencia

    u

    reactiva prefijado Cq y una potencia reactiva Q o su valor |Q|, establecida(o) a partir de la tension de red >,Ty de la i

    corriente del convertidor ^RE.

    u

    —t r/r-i
12. 12. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque de la tension de red se tiene en cuenta solamente la componente de la secuencia positiva de la oscilacion fundamental.
13. 13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se detectan la tension de red

    « i

    "' y la corriente del convertidor -'“con ayuda de sensores de medicion, cuyas senales de salida se exploran con la obtencion de valores de exploracion y los valores de exploracion se digitalizan, en donde se promedia entre N valores de exploracion digitalizados secuenciales.
14. 14. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado porque la red de tension alterna (4) esta conectada a una red de abastecimiento Ured que presenta una fuente de energla a traves de una conexion de tension continua (42, 43, 44), en donde la conexion de tension continua (42, 43, 44) comprende un rectificador de diodos (42), que esta conectado a traves de la conexion de tension continua (42, 43, 44) a otro convertidor (44), que esta conectado a la red de abastecimiento Ured.
15. 15. Convertidor de conmutacion automatica (1) para transmitir una potencia con una conexion de tension alterna para conectar una red de tension alterna de alta tension (4), una conexion de tension continua para conectar una red de tension continua (40) y una unidad de regulacion, en donde la unidad reguladora esta conectada a unos conmutadores semiconductores de potencia conectables y desconectables y esta disenada para ajustar la transmision de la potencia con ayuda de un procedimiento conforme a una de las reivindicaciones 1 a 13.
16. 16. Parque eolico (36) eolico con un gran numero de aerogeneradores (37), en donde cada aerogenerador (37) presenta un convertidor de conmutacion automatica (1) conforme a la reivindicacion 14, que esta disenado para conectarse a la red de tension alterna (4).
17. 17. Parque eolico (3) segun la reivindicacion 16, caracterizado porque los convertidores de conmutacion automatica (1) estan conectados a una red de abastecimiento que presenta una fuente de energla a traves de la red de tension alterna (4) y de una conexion de tension continua (42, 43, 44), en donde la conexion de tension continua comprende un rectificador de diodos (42), que esta conectado a traves de la red de tension continua (43) a otro convertidor (44), que esta conectado a la red de abastecimiento Ured.