BRPI0822822B1 - Método para controle em circuito fechado de pelo menos dois conversores - Google Patents

Método para controle em circuito fechado de pelo menos dois conversores Download PDF

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

[001] A presente invenção refere-se a um método para controle em circuito fechado de pelo menos dois conversores, que podem ser controlados como retificadores ou inversores, e são conectados entre si por meio de uma ligação de voltagem CC (corrente contínua), no campo da transmissão e/ou distribuição de energia, no qual uma medida de voltagem CC (Udc_r1...Udc_rr; Udc_i1...Udc_ii) e uma medida de corrente contínua (Idc_r1...Idc_rr; Idc_i1...Idc_ii) são, em todos os casos, medidas em cada conversor, e são transmitidas a um regulador de retificador, para controle em circuito fechado do respectivo retifica- dor, ou são transmitidas a um regulador de inversor para controle em circuito fechado do inversor respectivamente associado, em que cada regulador de retificador e cada regulador de inversor, em cada fase, formam a diferença entre uma voltagem CC nominal predeterminada (Udco) e, respectivamente, a medida recebida de voltagem CC (Udc_r1...Udc_rr; Udc_i1...Udc_ii), produzindo uma diferença de voltagem CC (du), e, além do mais, a diferença entre uma corrente contínua nominal (Idco_r1...Idco_rr, Idco_i1...Idco_ii) e, respectivamente, a medida recebida de corrente contínua (Idc_r1...Idc_rr; Idc_i1...Idc_ii), produzindo uma diferença de corrente contínua (di), em que a medida de corrente contínua, a medida de voltagem CC, a corrente contínua nominal e a voltagem CC nominal ficam em uma forma normalizada.
[002] Um método tal como esse já é conhecido do pedido de pa tente 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 (corrente alternada), por meio de um circuito de corrente contínua. A instalação de transmissão de corrente contínua de alta voltagem (HVDCT), que é usada 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 sistema de voltagem CA respectivamente associado. Para controle em circuito fechado do retificador ou inversor, uma medida de voltagem CC Udc_r ou Udc_i e uma respectiva medida de corrente contínua Idc_r ou Idc_i, respectivamente, são registradas e são transmitidas para o respectivo sistema de controle em circuito fechado, tanto no retificador quanto no inversor. Uma voltagem CC nominal Udco e uma corrente contínua nominal Idco são determinadas da energia predeterminada, que é intencionada a ser transmitida, com a ajuda de um transmissor de fun-ção. A diferença de voltagem CC, du, é então calculada da diferença entre a voltagem CC nominal Udco e a medida de voltagem CC Udc_r ou Udc_i. A diferença de corrente contínua, di, é formada correspondentemente da diferença entre a corrente contínua nominal, Idco, e a medida determinada respectivamente da corrente contínua Idc_r e Idc_i. Todos os valores estão, nesse caso, em uma forma normalizada, com o processo de normalização sendo conduzido, por exemplo, com 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 nominal. O regulador de retificador controla então o retifi- cador, 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, de modo que a diferença entre a diferença de corrente contínua, di, e a diferença 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, 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., por causa da necessidade de evitar as correntes intermitentes no valor nominal da corrente. Isso propicia a normalização mencionada acima com relação aos valores nominais.
[003] Em consequência do aperfeiçoamento progressivo no cam po da eletrônica de energia, possibilita-se também usar semicondutores de energia que podem ser desligados, por exemplo, IGBTs ou GTOs, para os conversores no campo de transmissão de energia, e, em particular, para HVDCT. Um 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 da voltagem no respectivo VSC, mas por inversão da corrente escoando pelo 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, impossível usar o método desse tipo genérico para controlar um VSC em uma instalação HVDCT.
[004] O pedido de patente internacional WO 2007/033619 A1 descreve um método de controle em circuito fechado para a transmissão de corrente contínua, tendo uma pluralidade de conversores, em que o método mencionado acima é igualmente usado. Também nesse caso, as correntes nominais superiores a 0,05 p.u. são necessárias, em particular no retificador, para evitar correntes intermitentes.
[005] O objetivo da invenção é proporcionar um método do tipo mencionado inicialmente, o que propicia que um controle em circuito fechado seja conduzido para os conversores que tenham semicondutores de energia, que podem ser desligados e que são conectados entre si, por meio de um circuito intermediário de voltagem CC, enquanto que possibilitando ao mesmo tempo correntes nominais preestabelecidas iguais a zero.
[006] A invenção atinge esse objetivo pelo fato de que cada con versor é um conversor autocomutado (1), tendo semicondutores de energia, que podem ser desligados, e o regulador de retificador controla o conversor respectivamente 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 de corrente contínua (di) seja mínima (du*|Idco_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 contínua (di) seja mínima (du+di^Min).
[007] A invenção transfere o método de controle em circuito fe chado, conhecido de instalações HVDCT tradicionais em HVDCT, nas quais os VSCs e um circuito intermediário de voltagem CC são usados. No caso desses denominados conversores de fonte de voltagem (VSC), a polaridade não pode ser mais invertida por causa do circuito intermediário de voltagem 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 mais, o método de acordo com a invenção também possibilita correntes nominais pré-estabelecidas com um valor de zero. Isso era impossível no caso de métodos de controle em circuito fechado conhecidos para HVDCT convencional. O método de acordo com a invenção proporciona, portanto, um controle em circuito fechado simples e flexível para dois ou mais VSCs, que são conectados entre si por meio de uma ligação CC.
[008] A ligação de voltagem CC tem uma polaridade que não va ria durante 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 ligação de voltagem CC bipolar, que se estende 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 meio de uma indu- tância, por exemplo, um transformador, a um segundo sistema de voltagem 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 que os conversores, ou, nesse caso, os VSCs, são conectados entre si por meio de uma ligação de voltagem CC com qualquer topologia desejada. O método de acordo com a invenção é completamente independente da topologia da ligação de voltagem CC.
[009] Convenientemente, a voltagem CC nominal Udco de cada regulador de retificador e a voltagem CC nominal Udco de cada regulador de inversor são idênticas. A complexa definição da voltagem CC nominal em cada estação de conversor, com telecomunicação rápida e segura para sinalização da respectiva voltagem CC nominal às outras estações, ficou, portanto, supérflua dentro do escopo da invenção.
[010] Convenientemente, os conversores ficam a uma distância de pelo menos um quilômetro entre si. Todas as instalações HVDCT que usam a denominada configuração dorso a dorso, na qual os inversores e conversores são instalados fisicamente lado a lado 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 desse outro desenvolvimento conveniente. O aparelho, para o qual o método de acordo com esse desenvol-vimento é projeto, é, portanto, usado para transmitir energia elétrica por uma distância relativamente longa.
[011] 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. Isso propicia um controle em circuito fechado estável, em particular quando os níveis de energia, a ser transmitidos, são baixos. Essa normalização, que já é conhecida de HVDCT convencional, é, no entanto, conduzida para fins da concretização exemplificativa de acordo com a invenção apenas em conjunto com a respectiva medida e a voltagem CC nominal. Em comparação, a corrente contínua nominal não é normalizada, para permitir o uso de correntes contínuas nominais iguais a zero também nesse outro desenvolvimento conveniente da invenção.
[012] 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 voltagem CC se estende entre o retificador e o inversor. De acordo com esse refino, o método é usado para uma instalação HVDCT com VSCs e um circuito intermediário de voltagem CC sem quaisquer ramificações. Por exemplo, o circuito intermediário 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 ligação de voltagem CC sendo na forma de condutores de cabo.
[013] De acordo com um refino, que difere desse, o método de acordo com a invenção é proporcionado para pelo menos três conversores, entre os quais um sistema de voltagem CC se estende.
[014] O sistema de voltagem CC pode ter qualquer topologia de sejada.
[015] De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse contexto, um retificador de energia CC nominal (Pdco_r1...Pdco_rr) ou um inversor de energia CC nominal (Pdco_i1...Pdco_ii) respectivamente associados é, em todos os casos, definido para cada regulador de retifi- cador e para 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 igual a zero. Por meio de exemplo, os respectivos níveis de energia CC nominal são definidos por um centro de controle central e são transmitidos dele para os respectivos reguladores de conversor. Não há qualquer necessidade, de qualquer modo, para uma ligação de comunicação poderosa para, por exemplo, transmissão, como no caso com um HVDCT convencional. Para os propósitos da invenção, é suficiente transmitir os respectivos níveis de energia CC pela Internet, ou qualquer outra forma simples e, portanto, de custo efetivo de telecomunicação ao respectivo regulador.
[016] Convenientemente, a corrente contínua nominal, respecti vamente associada ao conversor, é determinada em cada conversor da energia CC 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.
[017] Convenientemente, o controle em circuito fechado de cada retificador e o de cada inversor é conduzido por toda a faixa operacional do retificador ou do inversor, tanto com base na diferença de corrente contínua (di_r1...di_rr) do retificador associada respectivamente, quanto com base na diferença de voltagem CC (du_r1...du_rr) do reti- ficador e, respectivamente, com base na diferença de corrente contínua (di_r1...di_rr) do inversor associada, quanto com base na diferença de voltagem CC (du_i1...du_ii) do inversor associada.
[018] Vantajosamente, uma respectiva medida de voltagem CC (Udc_r1...Udc_rr; Udc_i1...Udc_ii) e uma respectiva medida de corrente contínua (Idc_r1...Idc_rr; Idc_i1...Idc_ii) são medidas em cada conversor e são transmitidas a um regulador de retificador ou a um regulador de inversor.
[019] De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse contexto, vários conversores são controlados, de modo que uma corrente 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 voltagem CC, uma vez que a comutação pode sempre ocorrer quando nenhuma corrente está escoando. Os circuitos ressonantes complexos, que aplicam um cruzamento zero na corrente por meio da chave, extinguindo, desse modo, qualquer arco que seja fulminado na comutação, foram igualmente tornados supérfluos por esse refino vantajoso da invenção.
[020] De acordo com uma modificação nesse contexto, pelo menos um conversor controla a respectiva medida da corrente contínua registrada no zero, e pelo menos uma chave isolante, que é disposta na ligação de voltagem 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 concretização preferida desse outro desenvolvimento, todos os conversores, que são conectados entre si por uma ligação de voltagem CC, são controlados a zero. Em outras palavras, uma corrente contínua nominal zero é usada para cada regulador.
[021] De acordo com um outro desenvolvimento conveniente nesse contexto, um tempo de desligamento é ajustado e é transmitido para os reguladores 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 desenvolvimento 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. Esse 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 respectiva unidade reguladora ajusta previamente uma corrente contínua nominal de zero, de modo que a medida de corrente contínua seja controlada em zero. Esse refino garante que todos os reguladores afetados, que são, por exemplo, selecionados como tais por uma estação de controle central, ou todos os reguladores, sejam transferidos para o controle de corrente zero ao mesmo tempo.
[022] 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 período 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 desco- necte deliberadamente uma área de um conversor do sistema de voltagem CC com qualquer topologia desejada, sem que se tenha 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 instalação HVDCT é então reiniciado. O método de controle em circuito fechado, 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 supérfluos em consequência da invenção.
[023] Outros refinos e vantagens convenientes da invenção são o objeto da descrição apresentada a seguir das concretizações exempli- ficativas 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: a figura 1 mostra uma instalação HVDCT tendo uma pluralidade de conversores de fonte de voltagem, que são conectados entre si por meio 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 fechado de acordo com a invenção; a figura 3 mostra uma concretização exemplificativa do método de acordo com a invenção, para uma pluralidade de VSCs, que são ligados entre si por um sistema de voltagem CC; e a figura 4 mostra uma concretização exemplificativa do método de acordo com a invenção, no qual uma seção específica da ligação de voltagem CC é desconectada do sistema de voltagem CC por meio de uma única chave isolante.
[024] A figura 1 ilustra esquematicamente uma instalação HVDCT, tendo uma multiplicidade de conversores 1, que são todos conectados por meio de um transformador 2 a um sistema de voltagem CC 3. Cada conversor 1 é um denominado conversor de fonte de voltagem (VSC), tendo semicondutores 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 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 ou estação inversora, dependendo de como o respectivo VSC é controlado pela unidade reguladora ou regulador, que não é ilustrado na figura. Na figura 1, essas estações retificadoras, que têm VSCs operados nos retificadores, são anotados r1, r2, r3 ... rr, enquanto aquelas estações inversoras com VSCs, que são operadas como inversores, são i1, 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 voltagem CC Udc_rr nessa estação, bem como a corrente contínua Idc_rr ou Idc_ii escoando nela na VSC 1. Como pode-se notar igualmente da figura 1, os respectivos sistemas de voltagem CA são também conectados entre si por meio de ligações de voltagem CA 6. A ligação de corrente alternada 6 não afeta adversamente o método de acordo com a invenção para controle em circuito fechado do VSC.
[025] A figura 2 é um gráfico, no qual a corrente contínua norma lizada é mostrada na abscissa e a voltagem CC normalizada é mostrada na ordenada. Isso é baseado na suposição que, em comparação com a ilustração na figura 1, apenas um retificador é conectado, por meio de um circuito intermediário de voltagem CC, a um VSC operando como um inversor.
[026] No gráfico, os parâmetros e as variáveis controladas do re- tificador são mostrados no quadrante do lado esquerdo do gráfico, e as variáveis correspondentes para o inversor são mostradas no quadrante do lado direito. A medida da corrente contínua e a medida da voltagem CC, no ponto de medida X_r, são represadas no lado do reti- ficador, cujos valores medidos e nominais são anotados _r. A medida da voltagem CC Udc_r é, portanto, maior do que a medida da voltagem CC nominal Udco ou Udco_r. Se a diferença da voltagem CC, du_r, for formada e normalizada com relação à voltagem CC nominal Udcr Udco, isso resulta em
Figure img0001
Esse valor deve ser inferior a zero para a energia a ser transmitida para o inversor.
[027] A corrente contínua nominal Idco_r do retificador é, por de finição, negativa, em consequência do que: Idco_r=-Idco. A diferença da corrente contínua di, que é formada da diferença entre a corrente contínua nominal e de medida, é então apresentada por: di_r=- Idco_r+Idc_r. Essa não é normalizada com relação à corrente contínua nominal Idco_r, para propiciar uma corrente contínua nominal de zero para controle em circuito fechado. O controle em circuito fechado é então conduzido por minimização do erro de controle de retificador de_r=du_r*|Idco_r|+di_r, isto é, está ficando igual a zero. A linha reta mostrada à esquerda é, portanto, uma tangente para a hipérbole, 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 contínua nominal |Idco_r|, para calcular o erro de controle de _r, isso resulta em uma resposta de controle rapidamente ativa, estável do retificador, porque o controle em circuito fechado de voltagem é eliminado, quando as correntes contínuas nominais 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 Idco_r.
[028] A medida de corrente contínua Idc_1 e a medida de volta gem 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 nominal Udco. du_i deve ser maior do que zero para a transmissão de energia desejada. A normalização com relação à corrente contínua nominal, para formar a diferença 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 contínua 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 ponto W_i. A linha reta de_i é remi- niscente da resposta de uma substância pura, em consequência do que o regulador de inversor pode ser também referido como um regulador de resistência.
[029] A figura 3 ilustra esquematicamente uma concretização exemplificativa 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 re- tificador 7_r1 para a estação retificadora r_1, e para um regulador de inversor 8_i1 para a estação inversora i1. Os reguladores de retificado- res 7_rr, que não são mostrados na figura, e o regulador de inversor 8_ii, que não é ilustrado, são fisicamente idênticos.
[030] Como pode-se notar da figura 3, o regulador de retificador 7_r1, e, portanto, cada regulador de retificador recebe uma energia CC nominal Pdco_r1 atribuída a ele. Uma situação correspondente se aplica ao regulador de inversor 8_i1, em cujo caso a energia CC nominal respectivamente associada é transmitida de uma estação de controle central para as respectivas estações, por meio de ligações de comunicação, que não são mostradas, por exemplo, uma simples ligação de rádio. Nesse caso, a soma de todas as energias CC nominais é igual a zero: ∑Pdco_rr+∑Pdco_ii=0. A invenção torna a transmissão complexa, rápida e segura, como no caso para HVDCT convencional, supérflua.
[031] As energias CC nominais recebidas Pdco_r1 e Pdco_i1 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 contínua nominal Idco_r1 ou Idco_i1, com a respectiva corrente contínua nominal fornecida a um limitador 10, que limita a corrente contínua nominal Idco_r1 ou Idco_i1 a uma respectiva corrente contínua nominal mínima Imin_r1, Imin_i1, e uma respectiva corrente contínua nominal máxima Imax_r1, Ima_i1. A corrente contínua nominal Idco_r1 ou Idco_i1 é então fornecida a um adicionador 11, que forma, em todos os casos, a diferença da corrente contínua nominal Idco_r1 ou Idco_i1 e a medida da corrente contínua Idco_r1 ou Idco_i1. A diferença da corrente contínua di_r1, assim obtida, é então fornecida a um outro adicionador 11. O valor na segunda entrada do dito adicionador 11 é derivado da voltagem medida e da voltagem nominal. Para esse fim, o divisor 12, em todos os casos, determina o quociente da medida de voltagem CC Udc_r1 ou Udc_i1 e a voltagem CC nominal Udco. A medida da voltagem CC Udc_r1 ou Udc_i1, que foi normalizada desse modo, é então subtraída de 1, pro- duzindo a respectiva diferença de voltagem CC du_r1 ou du_i1. Como mencionado acima, para o regulador de inversor 8_i1, a diferença de voltagem CC du_i, obtida desse modo, é fornecida à segunda entrada do adicionador 11, que, por adição das suas entradas, calcula o erro de controle do inversor de_i, que é então fornecido a um regulador 13.
[032] 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 multiplicada pela grandeza da corrente contínua nominal |Idco_r1|. Um gerador de valor absoluto 23 é proporcionado para formar a grandeza |Idco_r1| a partir de Idco_r1, com o produto |Idco_r1| * du_r1 sendo formado por meio de um multiplicador 24. No caso do regulador de re- tificador 7_r1, a diferença de corrente contínua di_r1 é adicionada ao dito produto de du_r1 e |Idco_r1| por meio do adicionador 11, para produzir o erro de controle de _r do retificador. O erro de controle do retificador de _r1 é então fornecido ao regulador 13, e, finalmente, a um sistema de gerenciamento de módulo 14, que, nesse caso, proporciona um controle em circuito aberto para os semicondutores de energia nos respectivos VSCs.
[033] Os VSCs ilustrados na figura 3 são os denominados VSCs de níveis múltiplos, que, como todos os VSCs, consistem em um circuito em ponte de válvulas elétricas, cada válvula elétrica sendo formada de um circuito 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 armazenamento de energia, ou também uma voltagem zero, seja deixada diminuir pelo respectivo submódulo, dependendo da operação dos semicondutores de energia. A voltagem, que é deixada diminuir totalmente pelas válvulas elétricas é composta aditivamente das voltagens de saída dos submódulos, e pode ser, portanto, alterada nas etapas.
[034] Para operar os semicondutores de energia nos submódu- los, a saída do regulador 13 é conectada à entrada do denominado sistema de gerenciamento de módulo, cuja configuração detalhada não vai ser descrita para os propósitos da invenção, uma vez que não é essencial para a invenção. O sistema de gerenciamento de módulo opera os semicondutores de energia nos submódulos correspondentes à saída do regulador 13. No entanto, dentro do escopo da invenção, é também possível que o regulador 13 seja seguido por um modulador de amplitude de pulso, em vez de por um sistema de gerenciamento de módulo, cujo modulador de amplitude de pulso é projetado para controle em circuito aberto de conversores de fonte de voltagem de dois estágios ou três estágios.
[035] A figura 4 mostra igualmente uma instalação HVDCT, para ilustrar uma concretização exemplificativa do método de acordo com a invenção. Nesse caso, uma pluralidade de estações retificadoras r1, r2, ...rr e uma pluralidade de estações inversoras i1, 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 retificadora 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, respectivamente, 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, 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 possível 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 comutação de altas correntes de curto-circuito. Nes- se caso, uma interrupção de proteção ocorre pela unidade de proteção 15, que faz com que a respectiva unidade de regulação 7 emita um comando de interrupção para o dispositivo de proteção 16. O dispositivo de proteção 16 abre o disjuntor 17, quando ocorre um comando de interrupção.
[036] Para permitir que seções de voltagem CC 18 sejam tam bém desligadas ou desconectadas dentro da ligação de voltagem CC 4, chaves de voltagem CC 19 são dispostas nas ligações de voltagem CC. Uma unidade de proteção de voltagem CC 20 é usada para desligar a chave ou as chaves de voltagem CC 19, e é conectada à saída de um sensor de corrente de voltagem CC 21, que produz valores de corrente contínua Idc_b1 ou Idc_b2, correspondentes ao fluxo de corrente contínua pela respectiva chave 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.
[037] 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 Idc_b1 e Idc_b2, que são fornecidos à respectiva unidade de proteção de voltagem CC 20, excederem um valor de limiar definido previamente, ou algum outro critério, a respectiva unidade de proteção de voltagem CC 20 define um tempo de desligamento toff em um futuro próximo, e transmite o tempo de desligamento toff para o respectivo regulador de retificador 7_r1, 7_r2, 7_rr ou regulador de inversor 8_i1, 8_i2, 8_ii. Esses reguladores são conectados a um sincronizador, 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 Idco_r1, Idco_r2, Idco_rr ou Idco_i1, Idco_i2 e Idco_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 Idc_b1 ou Idc_b2, escoando pelas chaves de corrente contínua 19, é também igual a zero. A chave 19 pode ser então aberta sem qualquer corrente escoando. A unidade de proteção de voltagem 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 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 os propósitos da invenção, os respectivos reguladores não precisam ser informados da variação na topologia da ligação 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 adicionais. Isso permite que o sistema de voltagem CC 4 seja comutado com pouca complexidade. A invenção torna os circuitos ressonantes paralelos, como os usados para as chaves de voltagem CC de acordo com a técnica anterior, supérfluos.

Claims (16)

1. Método para controle em circuito fechado de pelo menos dois conversores (1), que podem ser controlados como retificadores ou inversores, e que são conectados entre si por uma ligação de voltagem CC (4), no campo da transmissão e/ou distribuição de energia, no qual: - uma medida de voltagem CC (Udc_r1...Udc_rr; Udc_i1...Udc_ii) e uma medida de corrente contínua (Idc_r1...Idc_rr; Idc_i1...Idc_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 respectivo retificador, ou são transmitidas a um regulador de inversor (8_ii) para controle 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 voltagem CC (Udc_r1...Udc_rr; Udc_i1...Udc_ii), produzindo uma diferença de voltagem CC (du), e, além do mais, a diferença entre uma corrente contínua nominal (Idco_r1...Idco_rr, Idco_i1...Idco_ii) e, respectivamente, a medida recebida de corrente contínua (Idc_r1...Idc_rr; Idc_i1...Idc_ii), produzindo uma diferença de corrente contínua (di), em que a medida de corrente contínua, a medida de voltagem CC, a corrente contínua nominal e a voltagem CC nominal ficam em uma forma normalizada, e - cada conversor é um conversor autocomutado (1) tendo semicondutores de energia, que podem ser desligados, caracterizado pelo fato de que, - o regulador de retificador (7_rr) controla o conversor res-pectivamente 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*|Idco_r|+di^Min); e - o regulador de inversor (8_ii) controla o conversor (1) res-pectivamente 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).
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 in- versor são idênticas.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado 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 anteriores, caracterizado pelo fato de que ambas as medidas de voltagem CC (Udc_rr) e de voltagem CC nominal (Udco) são normalizadas com relação à voltagem CC nominal (Udco).
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que os conversores (1) são proporcionados, 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 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 proporcionados, entre os quais se estende um sistema de voltagem CC (4).
7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que um retificador de energia CC nominal (Pdco_r1...Pdco_rr) ou um inversor de energia CC nominal (Pdco_i1...Pdco_ii) respectivamente associados 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 inversor é igual a zero.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a corrente contínua nominal (Idco_rr; Idco_ii) associada ao respectivo conversor (1) é determinada em cada conversor (1) a partir da energia CC nominal (Pdco_rr; Pdco_ii) associada a ele, e da voltagem CC nominal (Udco), que é comum a todos eles.
9. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, 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 reti- ficador da corrente contínua (di_r1 ... di_rr) respectivamente associada, quanto com base na diferença do retificador de voltagem CC (du_r1 ... du_rr), , e, respectivamente, com base na diferença do inversor de corrente contínua (di_r1 ... 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 anteriores, caracterizado pelo fato de que uma respectiva medida de voltagem CC (Udc_r1...Udc_rr; Udc_i1...Udc_ii) e uma respectiva medida de corrente contínua (Idc_r1...Idc_rr; Idc_i1...Idc_ii) são medidas em cada conversor (1), e são transmitidas a um regulador de reti- ficador (7_rr) ou a um regulador de inversor (8_ii).
11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que um número de conversores (1) é controlado, de modo que uma corrente contínua (Idc_b1; Idc_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, caracterizado pelo fato de que pelo menos um conversor (1) controla a respectiva medida de corrente contínua (Idc_rr; Idc_ii) registrada em zero, e pelo menos uma chave isolante (19), que é disposta na ligação de voltagem CC (4), é então aberta.
13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que um tempo de desligamento (toff) é ajustado e é transmitido para os reguladores respectivamente afetados, em que os ditos reguladores controlam a medida de corrente contínua (Idc_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 (Idc_rr; Idc_ii) é controlada para que seja zero por cada conversor (1) afetado, durante um período de tempo de corrente zero, e o método de controle em circuito 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 ligação de voltagem CC (4) é desconectada seletivamente da ligação de voltagem CC (4) por comutação das chaves isolantes (19).
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 17/06/2008, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO.

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