BRPI0822822A2 - Instalação tendo um circuito intermediário de voltagem cc e conversores autocomutados - Google Patents

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Tobias Bernhard
Oliver Venjakob
Carsten Wittstock
Klaus Würflinger
Mike Dommaschk
Jörg Dorn
Ingo Euler
Franz Karlecik-Maier
Jörg Lang
Jürgen Rittiger
John-William Strauss
Quoc-Buu Tu
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Abstract

instalação tendo um circuito intermediário de voltagem cc e conversores autocomutados. a presente invenção refere-se a um método para regular pelo menos dois inversores (1), que podem ser regulados como retificadores ou inversores, conectados entre si por uma ligação cc (4), para transmissão e/ou distribuição de energia, em que uma voltagem cc medida (udc_r1...udc_rr; udc_i1...udc_ ii) e uma corrente cc medida (ldc_r1...ldc_rr; ldc_i1...ldc_ii) são medidas em cada inversor (1), e transmitidas a um regulador de retificador (7_rr), para regular o retificador correspondente, ou a um regulador de inversor (8_ii), para regular o inversor correspondente, em que cada regulador de retificador (7_rr) e cada regulador de inversor (8_ii) propicia a diferença entre uma determinada voltagem cc ajustada (udco) e a voltagem cc medida recebida relevante (udc_r1...udc_rr; udc_i1...udc_ii), para propiciar uma voltagem cc diferencial (du) e a diferença entre uma corrente cc ajustada (ldco_r1...ldco_rr, ldco_i1...ldco_ii) e a cc medida recebida (ldc_ r1...ldc_rr; ldc_ i1...ldc_ ii) correspondente, para propiciar uma corrente cc diferencial (di), em que a corrente cc medida, a voltagem cc medida, a corrente cc ajustada e a voltagem cc ajustada são normalizadas com uma regulação de inversores, que compreende semicondutores de energia comutáveis conectados por uma ligação cc que pode ser conduzida, em que a condição de ajuste de corrente em zero é possível. de acordo com a invenção, cada inversor é um inversor autocomutado com semicondutores de energia comutáveis, e a regulação de retificador (7_rr) do inversor proporcionado (1) é regulada, de modo que a soma do produto das voltagens diferenciais (du) e do valor da determinada corrente cc ajustada (|ldco_ r1) no retificador correspondente e da corrente diferencial (di) seja um mínimo (du * |ldco _ r| + di-> min) e a regulação do inversor (8_ii) regula o inversor (1) correspondente, de modo que a soma entre a voltagem diferencial (du) e a corrente diferencial (di) seja um mínimo (du + di -> min).

Description

Relatório Descritivo da Patente de lnvenção para "INSTALA-
ÇÃO TENDO UM CIRCUITO INTERMEDIÁRIO DE VOLTAGEM CC E CONVERSORES AUTOCOMUTADOS". A presente invenção refere-se a um método para controle em 5 circuito fechado de pelo menos dois conversores, que podem ser controla- dos como retificadores ou inversores, e são conectados entre si por meio de uma ligação de voItagem CC (corrente contínua), no campo da transmissão elou distribuição de energia, no qual uma medida de voltagem CC (Udc_ r1...Udc_ rr; Udc_i1...Udc_ ii) e uma medida de corrente contínua 10 (ldc_ rl...ldc rr; ldc_ i1...ldc_ ii) são, em todos os casos, medidas em cada conversor, e são transmitidas a um regulador de retificador, para controle em P ' m_ « j circuito fechado do respectivo retificador, ou são transmitidas a um regulador r ¥ .
-- -' 2 de inversor para controle em circuíto fechado do inversor respectivamente associado, em que cada regulador de retificador e cada regulador de inver- 15 sor, em cada fase, formam a diferença entre uma voItagem CC nominal pre- determinada (Udco) e, respectivamente, a medida recebida de voItagem CC (Udc r1...Udc_ rr; Udc 11...Udc_ ii), produzindo uma diferença de voltagem CC (du), e, além do mais, a diferença entre uma corrente contínua nominal (ldco _ r1 ...ldco _ rr, ldco _ il...ldco _ ii) e, respectivamente, a medida recebida 20 de corrente contínua (ldc _ rl...ldc _ rr; ldc _ il...ldc _ ii), produzindo uma diferen- ça de corrente contínua (di), em que a medida de corrente contínua, a medi- da de voltagem CC, a corrente contínua nominal e a voltagem CC nominal ficam em uma forma normalizada. Um método tal como esse já é conhecido do pedido de patente 25 internacional WO 2007/033620 A1, que descreve um método de controle em circuito fechado para transmissão de corrente contínua de alta voltagem, em que a energia elétrica é transmitida entre os sistemas de voltagem CA (cor- rente alternada), por meio de um circuito de corrente contínua. A instalação de transmissão de corrente contínua de alta voltagem (HVDCT), que é usa- 30 da para a transmissão de energia, consiste em um retificador e um inversor, que são conectados entre si por meio de uma ligação de corrente contínua. Transformadores são proporcionados para acoplar os conversores ao siste-
ma de voltagem CA respectivamente associado.
Para controle em circuito
. d fechado do retificador ou inversor, uma medida de voltagem CC Udc_ r ou Udc _ i e uma respectiva medida de corrente contínua ldc _ r ou ldc _ j, respec- tivamente, são registradas e são transmitidas para o respectivo sistema de 5 controle em circuito fechado, tanto no retificador quanto no inversor.
Uma voltagem CC nominal Udco e uma corrente contínua nominal ldco são de- terminadas da energia predeterminada, que é intencionada a ser transmitida, com a ajuda de um transmissor de função.
A diferença de voltagem CC, du, é então calculada da diferença entre a voltagem CC nominal Udco e a medi- lO da de voltagem CC Udc r ou Udc i.
A diferença de corrente contínua, di, é formada correspondentemente da diferença entre a corrente contínua nomi- - W'
nal, ldco, e a medida determinada respectivamente da corrente contínua
-. - - Idc _ r e ldc _ i.
Todos os valores estão, nesse caso, em uma forma normaliza- da, com o processo de normalização sendo conduzido, por exemplo, com 15 relação a uma voltagem CC nominal e a uma corrente contínua nominal, ou também com relação a uma corrente contínua nominal e à voltagem CC no- minal.
O regulador de retificador controla então o retificador, de modo que a soma da diferença de voltagem CC, du, e a diferença de corrente contínua, di, seja mínima.
O regulador de inversor controla, diferentemente, o inversor, 20 de modo que a diferença entre a diferença de corrente contínua, di, e a dife- rença de voltagem CC, du, seja mínima.
Os métodos já conhecidos são, no entanto, adequados apenas para os denominados conversores comutados externamente, nos quais, por exemplo, tiristores são usados, que não podem ser desligados por meio de sinais de disparo.
Conversores, tais como esses, 25 permitem o escoamento de corrente em apenas uma direção no circuito de corrente contínua.
O fluxo de energia pode ser invertido apenas por inversão da polaridade da voltagem pelo respectivo conversor.
Além do mais, nessa instalação, que é referida no texto a seguir, como uma instalação HVDCT tradicional, a corrente operacional deve ser sempre maior do que 0,05 p.u., 30 por causa da necessidade de evitar as correntes intermitentes no valor no- minal da corrente. lsso propicia a normalização mencionada acima com rela- ção aos valores nominais.
Em consequência do aperfeiçoamento progressivo no campo da eletrônica de energia, possibilita-se também usar semicondutores de energia que podem ser desligados, por exemplo, IGBTS ou GTOS, para os converso- res no campo de transmissão de energia, e, em particular, para HVDCT.
Um 5 conversor tal como esse, que é também chamado de um conversor de fonte de voltagem (VSC), é conectado a um outro VSC por meio de um circuito intermediário de voltagem.
Cada semicondutor de energia, que pode ser desligado no conversor, tem um diodo de roda livre conectado em paralelo com ele.
O fluxo de energia não é mais invertido por inversão da polaridade 10 da voltagem no respectivo VSC, mas por inversão da corrente escoando pe- lo VSC.
Além do mais, os valores nominais de corrente contínua iguais a + zero podem ser usados para o respectivo VSC.
É, portanto, impossível usar
- - o método desse tipo genérico para controlar um VSC.
É, portanto, impossí- vel usar o método desse tipo genérico para controlar um VSC em uma insta- 15 lação HVDCT.
O pedido de patente internacional WO 20071033619 A1 descre- ve um método de controle em circuito fechado para a transmissão de corren- te contínua, tendo uma pluralidade de conversores, em que o método men- cionado acima é igualmente usado.
Também nesse caso, as correntes no- 20 minais superiores a 0,05 p.u. são necessárias, em particular no retificador, para evitar correntes intermitentes. o objetivo da invenção é proporcionar um método do tipo men- cionado inicialmente, o que propicia que um controle em circuito fechado seja conduzido para os conversores que tenham semicondutores de energia, 25 que podem ser desligados e que são conectados entre si, por meio de um circuito intermediário de voltagem CC, enquanto que possibilitando ao mes- mo tempo correntes nominais preestabelecidas iguais a zero.
A invenção atinge esse objetivo pelo fato de que cada conversor é um conversor autocomutado (1), tendo semicondutores de energia, que 30 podem ser desligados, e o regulador de retificador controla o conversor res- pectivamente associado, de modo que a soma do produto da diferença de voltagem CC (du) e da grandeza da corrente contínua nominal (|Idco _ r|), que é proporcionada no retificador respectivamente associado, e a da diferença
- f de corrente contínua (di) seja mínima (du*|ldco _ r|+di—>Min), e o regulador de inversor controla o conversor respectivamente associado, de modo que a soma entre a diferença de voltagem CC (du) e da diferença de corrente con- 5 tínua (di) seja mínima (du+di->Min). A invenção transfere o método de controle em circuito fechado, conhecido de instalações HVDCT tradicionais em HVDCT, nas quais os VSCS e um circuito intermediário de voltagem CC são usados.
No caso des- ses denominados conversores de fonte de voltagem (VSC), a poIaridade não 10 pode ser mais invertida por causa do circuito intermediário de voItagem CC, por meio do qual o fluxo de energia é invertido em um HVDCT convencional. - - Nos conversores (VSCS) tais como esses, o fluxo de energia é invertido por inversão do fluxo de corrente.
Essas diferenças físicas são consideradas no - método de controle em circuito fechado de acordo com a invenção.
Além do 15 mais, o método de acordo com a invenção também possibilita correntes no- minais pré-estabelecidas com um valor de zero. lsso era impossível no caso de métodos de controle em circuito fechado conhecidos para HVDCT con- vencional.
O método de acordo com a invenção proporciona, portanto, um controle em circuito fechado simples e flexivel para dois ou mais VSCS, que 20 são conectados entre si por meio de uma ligação CC.
A ligação de voltagem CC tem uma polaridade que não varia du- rante a operação da instalação HVDCT, dentro do âmbito da invenção, mesmo quando o fluxo de energia é invertido.
Nesse caso, por exemplo, a ligação de voltagem CC é uma Iigação de voltagem CC bipolar, que se es- 25 tende entre os dois conversores.
De acordo com essa variante, a instalação HVDCT, a ser controlada, consiste em um retificador, que é conectado por meio de uma indutância, por exemplo, um transformador, a um sistema de voltagem CA, que proporciona energia.
O inversor, que é conectado ao dito retificador pela ligação de voltagem CC bipolar, é igualmente conectado por 30 meio de uma indutância, por exemplo, um transformador, a um segundo sis- tema de voItagem CA, que tem, por exemplo, as cargas a serem supridas.
No entanto, em comparação com isso, uma pluralidade de conversores pode ser também controlada por uso do método de acordo com a invenção, em
- W que os conversores, ou, nesse caso, os VSCs, são conectados entre si por meio de uma Iigação de voltagem CC com qualquer topologia desejada.
O método de acordo com a invenção é completamente independente da topo- 5 logia da ligação de voltagem CC.
Convenientemente, a voltagem CC nominal Udco de cada regu- lador de retificador e a voltagem CC nominal Udco de cada regulador de in- versor são idênticas.
A complexa definição da voItagem CC nominal em ca- da estação de conversor, com telecomunicação rápida e segura para sinali- IO zação da respectiva voltagem CC nominal às outras estações, ficou, portan- to, supérflua dentro do escopo da invenção.
K "
Convenientemente, os conversores ficam a uma distância de pe- lo menos um quilômetro entre si.
Todas as instalações HVDCT que usam a - denominada configuração dorso a dorso, na qual os inversores e converso- 15 res são instalados fisicamente lado a Iado entre si e são usados, apenas, para acoplamento de diferentes sistemas de voltagem CC, de uma maneira que possa ser submetida a controle em circuito fechado, são excluídos des- se outro desenvolvimento conveniente.
O aparelho, para o qual o método de acordo com esse desenvolvimento é projeto, é, portanto, usado para trans- 20 mitir energia elétrica por uma distância relativamente longa.
Vantajosamente, cada medida de voltagem CC Udc rr ou Udc ii e a voltagem CC nominal Udco são normalizadas com relação à voltagem CC nominal Udco. lsso propicia um controle em circuito fechado estável, em particular quando os níveis de energia, a ser transmitidos, são baixos.
Essa 25 normalização, que já é conhecida de HVDCT convencional, é, no entanto, conduzida para fins da concretização exemplificativa de acordo com a inven- ção apenas em conjunto com a respectiva medida e a voltagem CC nominal.
Em comparação, a corrente contínua nominal não é normalizada, para per- mitir o uso de correntes contínuas nominais iguais a zero também nesse ou- 30 tro desenvotvimento conveniente da invenção.
Vantajosamente, dois conversores são proporcionados, um dos quais é operado como um retificador e o outro conversor é operado como um inversor, em que um circuito intermediário de voItagem CC se estende
- - entre o retificador e o inversor.
De acordo com esse refino, o método é usa- do para uma instalação HVDCT com VSCS e um circuito intermediário de voltagem CC sem quaisquer ramificações.
Por exemplo, o circuito intermedi- 5 ário de voltagem CC é projetado com um polo, usando o terminal terra como o condutor de retorno.
Em comparação com isso, a ligação de voltagem CC tem dois polos, com o polo positivo e o polo negativo da Iigação de voltagem CC sendo na forma de condutores de cabo.
De acordo com um refino, que difere desse, o método de acordo 10 com a invenção é proporcionado para pelo menos três conversores, entre os quais um sistema de voItagem CC se estende.
W a
O sistema de voltagem CC pode ter qualquer topologia deseja- da.
De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse 15 contexto, um retificador de energia CC nominal (Pdco _ rl...Pdco _ rr) ou um inversor de energia CC nominal (Pdco _ il...Pdco _ ii) respectivamente associ- ados é, em todos os casos, definido para cada regulador de retificador e pa- ra cada regulador de inversor, respectivamente, em que a soma de todas as energias CC nominais do retificador e todas as energias CC do inversor é 20 igual a zero.
Por meio de exemplo, os respectivos níveis de energia CC no- minal são definidos por um centro de controle central e são transmitidos dele para os respectivos reguladores de conversor.
Não há qualquer necessida- de, de qualquer modo, para uma ligação de comunicação poderosa para, por exemplo, transmissão, como no caso corn um HVDCT convencional.
Para os 25 propósitos da invenção, é suficiente transmitir os respectivos níveis de ener- gia CC pela lnternet, ou qualquer outra forma simples e, portanto, de custo efetivo de telecomunicação ao respectivo regulador.
Convenientemente, a corrente contínua nominal, respectivamen- te associada ao conversor, é determinada em cada conversor da energia CC 30 nominal, associada a ela e da voltagem CC nominal, que é comum a todos eles.
De acordo com esse outro desenvolvimento vantajoso, o método de acordo com a invenção é simples e claro.
Convenientemente, o controle em circuito fechado de cada retifi- cador e o de cada inversor é conduzido por toda a faixa operacional do retifi- . cador ou do inversor, tanto com base na diferença de corrente contínua (di _ r1...di_ rr) do retificador associada respectivamente, quanto com base na 5 diferença de voltagem CC (du _ rl ...du _ rr) do retificador e, respectivamente, com base na diferença de corrente contínua (di _ r1...di_ rr) do inversor asso- ciada, quanto com base na diferença de voltagem CC (du _ il...du _ ii) do in- versor associada.
Vantajosamente, uma respectiva medida de voltagem CC 10 (Udc _ r1...Udc_ rr; Udc_ 11...Udc _ ii) e uma respectiva medida de corrente con- tínua (Idc _ rl...ldc _ rr; ldc _ il...ldc _ ii) são medidas em cada conversor e são - - transmitidas a um regulador de retificador ou a um regulador de inversor. a
+ De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse contexto, vários conversores são controlados, de modo que uma corrente 15 contínua, que escoa por uma chave isolante, que é disposta na ligação de voltagem CC, seja igual a zero.
De acordo com esse outro desenvolvimento vantajoso, chaves isolantes simples podem ser usadas na ligação de volta- gem CC, uma vez que a comutação pode sempre ocorrer quando nenhuma corrente está escoando.
Os circuitos ressonantes complexos, que aplicam 20 um cruzamento zero na corrente por meio da chave, extinguindo, desse mo- do, qualquer arco que seja fulminado na comutação, foram igualmente tor- nados supérfluos por esse refino vantajoso da invenção.
De acordo com uma modificação nesse contexto, pelo menos um conversor controla a respectiva medida da corrente contínua registrada 25 no zero, e pelo menos uma chave isolante, que é disposta na ligação de vol- tagem CC, é então aberta.
A regulação de corrente zero é conduzida por uso de uma corrente contínua nominal igual a zero.
De acordo com uma concre- tização preferida desse outro desenvolvimento, todos os conversores, que são conectados entre si por uma ligação de voltagem CC, são controlados a 30 zero.
Em outras palavras, uma corrente contínua nominal zero é usada para cada regulador.
De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse contexto, um tempo de desligamento é ajustado e é transmitido para os re- guladores afetados, respectivamente, em que os ditos reguladores controlam a medida da corrente contínua associada a eles para ser zero quando o tempo de desligamento é alcançado.
De acordo com esse outro desenvolvi- 5 mento conveniente, todas as unidades reguladoras tendo um transmissor de sinal de tempo, por exemplo, um relógio preciso, que proporciona um sinal de tempo comum, ou substancialmente comum, a todos os reguladores.
Es- se sinal de tempo é comparado com o conjunto e transmitido com o tempo de desligamento.
Se a diferença entre o tempo de desligamento e o tempo medido for inferior a um valor de limiar, ajustado de antemão, isto é, a res- pectiva unidade reguladora preajusta uma corrente contínua nominal de ze- ro, de modo que a medida de corrente contínua seja controlada em zero.
Esse refino garante que todos os reguladores afetados, que são, por exem- plo, selecionados como tais por uma es'tação de controle central, ou todos os reguladores, sejam transferidos para o controle de corrente zero ao mesmo tempo.
De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse contexto, a medida de corrente contínua é controlada para ser zero por cada conversor afetado, por um período de tempo de corrente zero, e o método de controle em circuito fechado normal é então restabelecido, isto é, uma vez que o período de tempo de corrente zero tenha decorrido.
Dentro do pe- ríodo de tempo de corrente zero, que, por exemplo, está na região de uns poucos milissegundos, a chave ou as chaves isolantes desejadas na ligação de voltagem CC vão ser então abertas.
Isso possibilita, de uma maneira simples, que de desconecte deliberadamente uma área de um conversor do sistema de voltagem CC com qualquer topologia desejada, sem que se te- nha igualmente que interromper a transmissão de energia por essas ligações ou conversores, que não tenham sido desligados.
De fato, dentro do escopo da invenção, é possível desconectar uma seção da ligação de voltagem CC ou de um conversor especificamente do sistema de voltagem CC por rápida redução da corrente contínua.
O controle em circuito fechado normal da ins- talação HVDCT é então reiniciado.
O método de controle ern circuito fecha-
do, de acordo com a invenção, então se aproxima automaticamente, sem qualquer conhecimento da nova topologia da ligação de voltagem CC. As transmissões, os cálculos ou similares de dados complexos ficaram supér- fluos em consequência da invenção. 5 Outros refinos e vantagens convenientes da invenção são q ob- jeto da descrição apresentada a seguir das concretizações exemplificativas da invenção, com referência às figuras dos desenhos, nos quais os mesmos sÍmbolos de referência se referem aos componentes tendo o mesmo efeito, e em que: 10 a figura 1 mostra uma instalação HVDCT tendo uma pluralidade de conversores de fonte de voltagem, que são conectados entre si por meio
P de um sistema de voltagem CC; a figura 2 mostra parâmetros e variáveis controladas usados por uma concretização exemplificativa do método de controle em circuito fecha- 15 do de acordo com a invenção; a figura 3 mostra uma concretização exemplificativa do mêtodo de acordo com a invenção, para uma pIuralidade de VSCS, que são Iigados entre si por um sistema de voltagem CC; e a figura 4 mostra uma concretização exemplificativa do método 20 de acordo com a invenção, no qual uma seção específica da ligação de vol- tagem CC é desconectada do sistema de voltagem CC por meio de uma ú- nica chave isolante. A figura 1 ilustra esquematicamente uma instalaçâo HVDCT, tendo uma multiplicidade de conversores 1, que são todos conectados por 25 meio de um transformador 2 a um sistema de voftagem CC 3. Cada conver- sor 1 é um denominado conversor de fonte de voltagem (VSC), tendo semi- condutores de energia que podem ser desligados, tais como IGBTS ou GTOS, cada um dos quais tem um diodo de roda livre conectado dorso a dorso em paralelo com ele, Nesse caso, cada conversor 1 é conectado a um 30 sistema de voltagem CC 4, como uma ligação de voltagem CC, cujo sistema de voltagem CC 4 pode ter qualquer topologia desejada. Além do mais, cada VSC 1 tem um indutor de nivelamento 5. Um VSC 1, um transformador 2 e um indutor de nivelamento 5 são parte de uma estação reguladora (jü esta- ção inversora, dependendo de como o respectivo VSC é controlado pela u- nidade reguladora ou regulador, que não é ilustrado na figura.
Na figura 1, essas estações retificadoras, que têm VSCs operados nos retificadores, são 5 anotados rl, r2, r3 ... rr, enquanto aquelas estações inversoras com VSCS, que são operadas como inversores, são il, i2, i3 .-. ii.
A figura 1 também mostra que todas as estações conversoras rr e todas as estações inversoras ii têm sensores, para registrar a medida da vdtagem CC Udc _ rr nessa esta- ção, bem comô a corrente continua ldc_ rr ou Idc _ ii escoando nela na VSC 1. Como pode-se notar igualmente da figura 1, os respectivos sistemas de vol- tagem CA são também conectados entre si por meio de ligações de volta- gem CA 6. A ligação de corrente alternada 6 não afeta adversamente o mé- todo de acordo com a invenção para controle em circuito fechado do VSC.
A figura 2 é um gráfico, no qual a corrente contínua normalizada é mostrada na abscissa e a voltagem CC normalizada é mostrada na orde- nada. lsso é baseado na suposição que, em comparação com a ilustração na figura 1, apenas um retificador é conectado, por meio de um circuito in- termediário de voltagem CC, a um VSC operando como um inversor.
No gráfico, os parâmetros e as variáveis controladas do retifica- dor são mostrados no quadrante do lado esquerdo do gráfico, e as variáveis correspondentes para o inversor são rnostradas no quadrante do lado direito.
A medida da corrente continua e a medida da voltagem CC, no ponto de medida X _ r, são represadas no lado do retificador, Clj jos valores medidos e nominais são anotados _ r.
A medida da voftagem CC Udc_ r é, portanto, maior do que a medida da voltagem CC nominal Udco ou Udco_ r.
Se a dife- rença da voltagem CC, du _ r, for formada e normalizada com relação à voIta- gem CC nominal Udco, isso resulta em du _ r=1 Udc_ " . Esse valor deve Udco r ser inferior a zero para a energia a ser transmitida para o inversar.
A corrênte contínua nominal ldco r do retificador é, por defini- — ção, negativa, em consequência do que: ldco _ r=-ldco.
A diferença da cor- rente contínua di, que é formada da diferença entre a corrente continua no- minal e de medida, é então apresentada por: di _ r"-ldco _ r+ldc _ r.
Essa rião é normalizada com relação à comnte confínua nóminal ldco _ r, para propiciar uma corrente continua nominal de zero para controle em circuito fechado.
O controle em circuito fechado é então conduzido por minimização do erro de contrde de retificador de _ r=du _ r*|1dco _ r|"di_ r, isto é, está ficando igual a 5 zero.
A linha reta mostrada à esquerda é, portanto, uma tangente para a hi- pérbole, que é mostrada por uma linha tracejada e representa a energia CC nominal invariante Pdco _ r=-Pdco.
Uma vez que a diferença da voltagem CC du _ r é multiplicada pela grandeza da corrente continua nominal |ldco _ r|, pa- ra calcular o erro de controle de _ r, isso resulta em uma resposta de controle 10 rapidamente ativa, estável do retificador, porque o controle em circuito fe- chado de voltagem é eliminado, quando as correntes contínuas nominais m são pequenas.
Os controles em circuito fechado de voltagem e corrente são , conduzidos simultaneamente e em uma forma substancialmente equivalente entre si, apenas para correntes contínuas nominais mais altas ldco _ r. 15 A medida de corrente continua ldc_ 1 e a medida de voltagem CC Udc _ i, no ponto operacional X _ i, são representadas no lado do inversor.
Como no lado do retificador, a diferença de voltagem CC du _i e a diferença de corrente contínua di_ i são calculadas, com a diferença de voltagem, du _ i, sendo mais uma vez normalizada com relação à voltagem CC nominat Udco. 20 du _i deve ser maior do que zero para a transmissão de energia desejada.
A normalização com relação à corrente continua nominal, para formar a dife- rença da corrente contínua di_ i, não é também conduzida nesse caso.
É, portanto, também possÍvel preestabelecer as correntes CC nominais Idco _ i iguais a 0. Para a transmissão de energia desejada, a diferença de corrente 25 continua di_ i é inferior a zero.
O erro de controle de _i é formado da soma da diferença de voltagem CC du i e da diferença de corrente contínua di _i.
O — controle em circuito fechado então tenta minimizar o erro de controle de _i para que seja zero- No gráfico mostrado na figura 2, isso resulta em uma linha reta, que intercepta a hipérbole da energia CC invariante Pdco _ i, no 30 ponto W _ i.
A Iinha reta de _ i é reminiscente da resposta de uma substância pura, em consequência do que o regulador de inversor pode ser também referido como um regulador de resistência.
A figura 3 ilustra esquematicamente uma concretização exempli- ficativa do método de acordo com a invenção para uma instalação HVDCT, como mostrado na figura 1, na qual os parâmetros e as variáveis, mostrados na figura 2, são usados para um regulador de retificador 7_ rl para a estação 5 retificadora r_ 1, e para um regulador de inversor 8 _ il para a estação inver- sora il.
Os reguladores de retificadores 7 _ rr, que não são rnostrados na figu- ra, e o regulador de inversor 8 _ ii, que não é ilustrado, são fisicamente idênti- cos.
Como pode-se notar da figura 3, o regulador de retificador 7 _ rl, e, portanto, cada regulador de retificador recebe uma energia CC nominal Pdco_ rl atribuída a ele.
Uma situação correspondente se aplica ao regula- dor de inversor 8 _ il, em cujo caso a energia CC nominal respectivamente associada é transmitida de uma estação de controle central para as respec- tivas estações, por meio de ligações de comunicação, que não são mostra- das, por exemplo, uma simples ligação de rádio.
Nesse caso, a soma de to- das as energias CC nominais é igual a zero: EPdco _ rr+EPdco _ ii=0. A inven- ção torna a transmissão complexa, rápida e segura, como no caso para HVDCT convencional, supérflua.
As energias CC nominais recebidas Pdco_ r1 e Pdco_ il são, em todos os casos, fornecidas a um divisor 9, ao qual uma segunda entrada da voltagem CC nominal Udco, que é igual para todas as estações, é aplicada.
Por meio de exemplo, a energia CC nominal é igualmente transmitida de uma estação central.
O divisor 9 forma o quociente da respectiva energia CC nominal, Pdco, e a voltagem CC nominal, Udco, produzindo a corrente con- tinua nominal ldco _ rl ou ldco _ i1, com a respectiva corrente contínua nomi- nal fornecida a um limitador 10, que limita a corrente contínua nominal ld- co _ rl ou ldco_ il a uma respectiva corrente contínua nominal mínima l- min _ r1, lmin _ il, e uma respectiva corrente contínua nominal máxima I- max _ rl, lma _ il.
A corrente contínua nominal Ídco _ r1 ou Idco _ i1 é então for- necida a um adicionador 11, que forma, em todos os casos, a diferença da corrente contínua nominal ldco r1 ou ldco i1 e a medida da corrente contí- nua ldco _ rl ou ldco _ il.
A diferença da corrente contínua di_ r1, assim obtida,
é então fomecida a um outro adicionador 11. O valor na segunda entrada do dito adicionador 11 é derivado da voltagem medida e da voItagem nominal. . Para esse fim, o divisor 12, em todos os casos, determina o quociente da medida de voltagem CC Udc_ rl ou Udc_ i1 e a voltagem CC nominal Udco. 5 A medida da voItagem CC Udc_ r1 ou Udc_ il, que foi normalizada desse modo, é então subtraída de 1, produzindo a respectiva diferença de volta- gem CC du_ r1 ou du _ i1. Como mencionado acima, para o regulador de in- versor 8 _11, a diferença de voltagem CC du _i, obtida desse modo, é forneci- da à segunda entrada do adicionador 11, que, por adição das suas entradas, 10 calcula o erro de controle do inversor de_ i, que é então fornecido a um regu- Iador 13. Em comparação com o regulador de inversor 8 _ i1, no caso do . regulador de retificador 7 _r1, a diferença de voltagem CC du _r1 é multiplica- . da pela grandeza da corrente continua nominal |Idco _ r1|. Um gerador de 15 valor absoluto 23 é proporcionado para formar a grandeza |Idco _ r1| a partir de ldco _ rl, com o produto jldco _ r1j * du _ r1 sendo formado por meio de um multiplicador 24. No caso do regulador de retificador 7 _r1, a diferença de corrente continua di _ rl é adicionada ao dito produto de du _ rl e |ldco _ r1j por meio do adicionador 11, para produzir o erro de controle de _ r do retificador. 20 O erro de controle do retificador de _ rl é então fornecido ao regulador 13, e, finalmente, a um sistema de gerenciamento de móduto 14, que, nesse caso, proporciona um controle em circuito aberto para os semicondutores de ener- gia nos respectivos VSCS.
Os VSCS ilustrados na figura 3 são os denominados VSCS de 25 niveis múltiplos, que, como todos os VSCs, consistem em um circuito em ponte de válvulas elétricas, cada válvula elétrica sendo formada de um cir- cuito em série de submódulos bipolares, que têm todos um armazenamento de energia, e, em paralelo com o armazenamento de energia, um circuito composto de semicondutores de energia, de modo que a voltagem pelo ar- 30 mazenamento de energia, ou também uma voltagem zero, seja deixada di- minuir pelo respectivo submódulo, dependendo da operação dos semicondu- tores de energia.
A voltagem, que é deixada diminuir totalmente pelas válvu-
las elétricas é composta aditivamente das voltagens de saída dos submódu- -* los, e pode ser, portanto, alterada nas etapas. Para operar os semicondutores de energia nos submódulos, a saída do regulador 13 é conectada à entrada do denominado sistema de 5 gerenciamento de módulo, cuja configuração detalhada não vai ser descrita para os propósitos da invenção, uma vez que não é essencial para a inven- ção. O sistema de gerenciamento de módulo opera os semicondutores de energia nos submódulos correspondentes à saída do regulador 13. No en- tanto, dentro do escopo da invenção, é também possÍvel que o regulador 13 10 seja seguido por um modulador de ampíitude de pulso, em vez de por um sistema de gerenciamento de módulo, cujo modulador de amplitude de pulso
W é projetado para controle em circuito aberto de conversores de fonte de vol- .
M tagem de dois estágios ou três estágios. A figura 4 mostra igualmente uma instalação HVDCT, para ilus- 15 trar uma concretização exemplificativa do método de acordo com a inven- ção. Nesse caso, uma pluralidade de estações retificadoras r1, r2, ...rr e uma pluralidade de estações inversoras il, i2, ...ii são mais uma vez conectadas entre si, por meio de um sistema de voltagem CC 4 de qualquer topologia desejada. Além da ilustração mostrada nas figuras 3 e 1, cada estação retifi- 20 cadora rr e cada estação inversora ii têm uma unidade de proteção 15, além de um regulador de retificador 7 _ rr ou regulador de inversor 8 _ ii, respecti- vamente, cuja unidade de proteção 15 é conectada ao respectivo regulador de retificador 7 _ rr ou regulador de inversor 8 _ ii. O respectivo regulador de retificador 7 _ rr ou regulador de inversor 8 _ ii é também, em todos os casos, 25 conectado a um dispositivo de proteção 16 de um disjuntor 17, com a chave 17 sendo disposta entre o sistema de voltagem CA 3 e o transformador 2. No caso de uma falha, por exemplo, altas correntes de curto-circuito, é pos- sÍvel desconectar cada VSC do respectivo sistema CA 3 por meio da chave multipolo 17 no lado de voltagem CA, que é, por exemplo, um disjuntor para 30 comutação de altas correntes de curto-circuito. Nesse caso, uma interrupção de proteção ocorre pela unidade de proteção 15, que faz com que a respec- tiva unidade de regulação 7 emita um comando de interrupção para o dispo-
sitivo de proteção 16. O dispositivo de proteção 16 abre o disjuntor 17,
- W quando ocorre um comando de interrupção.
Para permitir que seções de voltagem CC 18 sejam também desligadas ou desconectadas dentro da ligação de voltagem CC 4, chaves 5 de voltagem CC 19 são dispostas nas ligações de voltagem CC.
Uma unida- de de proteção de voltagem CC 20 é usada para desligar a chave ou as chaves de voItagem CC 19, e é conectada à saída de um sensor de corrente de voltagem CC 21, que produz valores de corrente contínua ldc_ bl ou ldc _ b2, correspondentes ao fluxo de corrente contínua pela respectiva chave 10 19. A unidade de proteção de voltagem CC 20 fica. por sua vez, conectada ao dispositivo de proteção 16 para a chave de voltagem CC 19. t g " + A seta 22 mostrada na figura 4 indica uma falha de terra, em consequência do que altas correntes de curto-circuito escoam na seção de « voltagem CC 18. Se os valores de corrente contínua ldc_ bl e ldc_ b2, que 15 são fornecidos à respectiva unidade de proteção de voltagem CC 20, exce- derem um valor de limiar definido previamente, ou algum outro critério, a respectiva unidade de proteção de voltagem CC 20 define um tempo de des- ligamento t,ff em um futuro próximo, e transmite o tempo de desligamento t,,ff para o respectivo regulador de retificador 7_ r1, 7 _ r2, 7 _ rr ou regulador de 20 inversor 8 _ i1, 8 _ i2, 8 _ ii.
Esses reguladores são conectados a um sincroniza- dor, de modo que todos os reguladores possam determinar que o tempo de desligamento foi atingido, aproximadamente, ao mesmo tempo.
A unidade de proteção 15 então opera a respectiva unidade de regulação, de modo que essa, em todos os casos, ajuste a respectiva corrente contínua nominal ld- 25 co _ r1, ldco _ r2, ldco _ rr ou ldco _ il, Idco _ i2 e ldco _ ii a zero, por um período de tempo de corrente zero, de modo que a respectiva medida de corrente contínua seja controlada a zero.
Portanto, a respectiva corrente contínua ldc_ bl ou ldc_ b2, escoando pelas chaves de corrente contínua 19, é tam- bém igual a zero.
A chave 19 pode ser então aberta sem qualquer corrente 30 escoando.
A unidade de proteção de voItagem CC 20 identifica igualmente que o tempo de desligamento foi atingido, por comparação de tempo.
Após um intervalo de tempo de segurança ter passado, que é mais curto do que
-
V um período de tempo de corrente zero, a chave de voltagem CC 19 é aberta -- sem qualquer corrente escoando, desconectando, desse modo, a seção de voltagem CC 18. O método de controle em circuito fechado normal é iniciado mais uma vez, desde que o período de corrente zero tenha passado. Para 5 os propósitos da invenção, os respectivos reguladores não precisam ser in- formados da variação na topologia da Iigação de voltagem CC 4. O sistema de controle em circuito fechado muda, automaticamente, para os pontos de controle em circuito fechado estáveis, sem quaisquer outros efeitos adicio- nais. lsso permite que o sistema de voltagem CC 4 seja comutado com pou- lO ca complexidade. A invenção torna os circuitos ressonantes paralelos, como os usados para as chaves de voItagem CC de acordo com a técnica anterior, » supérfluos.

Claims (16)

m .+ REIVINDICAÇÕES 6 ©
1. Método para controle em circuito fechado de pelo menos dois conversores (1), que podem ser controlados como retificadores ou inverso- res, e que são conectados entre si por uma ligação de voltagem CC (4), no 5 campo da transmissão e/ou distribuição de energia, no qual: - uma medida de voltagem CC (Udc r1...Udc_ rr; Udc 11...Udc ii) e uma medida de corrente contlnua (ldc_ r1...ldc_ rr; ldc_ i1...ldc_ ii) são, em todos os casos, medidas em cada conversor (1), e são transmitidas a um regulador de retificador (7 _ rr), para controle em circuito fechado do respecti- lO vo retificador, ou são transmitidas a um regulador de inversor (8 _ ii) para con- trole em circuito fechado do inversor respectivamente associado; - - - em que cada regulador de retificador (7 _ rr) e cada regulador de , inversor (8 _ ii), em cada fase, formam a diferença entre uma voltagem CC nominal predeterminada (Udco) e, respectivamente, a medida recebida de 15 voltagem CC (Udc _ r1...Udc _ rr; Udc 11...Udc _ ii), produzindo uma diferença de voItagem CC (du), e, além do mais, a diferença entre uma corrente contí- nua nominal (Idco _ r1 ...ldco _ rr, ldco _ il...ldco _ ii) e, respectivamente, a medi- da recebida de corrente continua (ldc _ rl ...ldc _ rr; ldc _ il...ldc _ ii), produzindo uma diferença de corrente contínua (di), em que a medida de corrente contí- 20 nua, a medida de voltagem CC, a corrente contínua nominal e a voltagem CC nominal ficam em uma forma normalizada, caracterizado pelo fato de que: - cada conversor é um conversor autocomutado (1) tendo semi- condutores de energia, que podem ser desligados, e; 25 - o regulador de retificador (7 _ rr) controla o conversor respecti- vamente associado (1), de modo que a soma do produto da diferença da voltagem CC (du) e a grandeza da corrente contínua nominal (|Idco _ r|), que é proporcionada no retificador respectivamente associado, e a da diferença de corrente contínua (di) seja mínima (du*|ldco _ r|+di—>Min); e 30 - o regulador de inversor (8 _ ii) controla o conversor (1) respecti- vamente associado, de modo que a soma entre a diferença de voltagem CC (du) e da diferença de corrente contínua (di) seja mínima (du+di—>Min).
W
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo · * fato de que a voltagem CC nominal (Udco) de cada regulador de retificador e a voltagem CC nominal (Udco) de cada regulador de inversor são idênticas.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado 5 pelo fato de que os conversores (1) são instalados a uma distância de pelo menos 1 km entre si.
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante- riores, caracterizado pelo fato de que ambas as medidas de voltageni CC (Udc _ rr) e de voltagem CC nominal (Udco) são normalizadas com relação à 10 voltagem CC nominal (Udco).
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante- - ." riores, caracterizado pelo fato de que os conversores (1) são proporciona- , dos, um dos quais é operado como um retificador e o outro conversor (1) é operado como um inversor, em que um circuito intermediário de voltagem 15 CC (4) se estende entre o retificador e o inversor.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que pelo menos três conversores (1) são pro- porcionados, entre os quais se estende um sistema de voltagem CC (4).
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo 20 fato de que um retificador de energia CC nominal (Pdco _ r1...Pdco_ rr) ou um inversor de energia CC nominal (Pdco _ il...Pdco _ ii) respectivamente associ- ados é, em todos os casos, definido para cada regulador de retificador (7 _ rr) e para cada regulador de inversor (8 _ ii), respectivamente, em que a soma de todas as energias CC nominais do retificador e todas as energias CC do in- 25 versor é igual a zero.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a corrente contínua nominal (ldco _ rr; ldco _ ii) associada ao res- pectivo conversor (1) é determinada em cada conversor (1) a partir da ener- gia CC nominal (Pdco _ rr; Pdco _ ii) associada a ele, e da voltagem CC nomi- 30 nal (Udco), que é comum a todos eles.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações ante- riores, caracterizado pelo fato de que o controle em circuito fechado de cada retificador e de cada inversor é conduzido em toda a faixa operacional do retificador ou do inversor, tanto com base na diferença do retificador da cor- rente contínua (di _ r1 ... di _ rr) respectivamente associada, quanto com base na diferença do retificador de voItagem CC (du _ rl ... du _ rr), , e, respectiva- 5 mente, com base na diferença do inversor de corrente contínua (di_ rl ... di _ rr) respectivamente associada, e com base na diferença do inversor de voltagem CC (du _ i1 ... du _ ii) associada.
10. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, caracterizado pelo fato de que uma respectiva medida de voltagem CC (Udc_ r1...Udc rr; Udc_ 11...Udc _ ii) e uma respectiva medida de corrente contínua (Idc _ rl...ldc _ rr; ldc_ il...ldc _ ii) são medidas em cada conversor (1), e são transmitidas a um regulador de retificador (7 _ rr) ou a um regulador de inversor (8 _ii).
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pe- lo fato de que um número de conversores (1) é controlado, de modo que uma corrente contínua (ldc _ bl; ldc _ b2), que escoa por uma chave isolante, que é disposta na ligação de voltagem CC (4), seja igual a zero.
12. Método de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracteri- zado pelo fato de que pelo menos un"i conversor (1) controla a respectiva medida de corrente contínua (ldc _ rr; ldc _ ii) registrada em zero, e pelo me- nos uma chave isolante (19), que é disposta na ligação de voltagem CC (4), é então aberta.
13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pe- lo fato de que um tempo de desligamento (toff) é ajustado e é transmitido pa- ra os reguladores respectivamente afetados, em que os ditos reguladores controlam a medida de corrente contí'nua (ldc _ rr; Idc _ ii), associada a eles, para que seja zero, quando o tempo de desligamento (toff) for atingido.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que a medida de corrente contínua (ldc_ rr; Idc_ ii) é controlada para que seja zero por cada conversor (1) afetado, du- rante um período de tempo de corrente zero, e o método de controle em cir- cuito fechado seja então iniciado.
15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, caracterizado pelo fato de que um dos conversores (1) é desconectado da ligação de voltagem CC (4) por abertura das chaves isolantes (19).
16. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 15, caracterizado pelo fato de que uma seção (18) da Iigação de voltagem CC (4) é desconectada seletivamente da ligação de voltagem CC (4) por comutação das chaves isolantes (19).
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