ES2365917T3 - Convertidor de potencia. - Google Patents

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ES2365917T3 ES04710513T ES04710513T ES2365917T3 ES 2365917 T3 ES2365917 T3 ES 2365917T3 ES 04710513 T ES04710513 T ES 04710513T ES 04710513 T ES04710513 T ES 04710513T ES 2365917 T3 ES2365917 T3 ES 2365917T3
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Abstract

Un convertidor de potencia, que comprende: - un transformador en serie (200) con su arrollamiento primario (201) conectado en serie con una línea (1, 2); múltiples transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440) conectados en serie con el arrollamiento secundario (202) de este transformador en serie (200); - unidades (510, 520, 530, 540) convertidoras de corriente alterna a corriente continua que tienen sus lados de corriente alterna conectados por separado a cada uno de los arrollamientos secundarios (412, 422, 432, 442) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440); y - circuitos de corriente continua mutuamente independientes (511, 521, 531, 541) conectados por separado a los lados de corriente continua de las unidades (510, 520, 530, 540) convertidoras de corriente alterna a corriente continua, caracterizado porque además comprende: - interruptores normalmente en conexión (311, 312; 321, 322; 331, 332; 341, 342) conectados en serie con los extremos de cada uno de los arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440); - dispositivos de derivación de corriente normalmente fuera de conexión (310, 320, 330, 340) conectados en paralelo con las conexiones en serie de cada uno de los arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440) y los interruptores (311, 312; 321, 322; 331, 332; 341, 342) en sus extremos; - en los que conectando el dispositivo de derivación de corriente (310) del arrollamiento primario (411) de un transformador especificado (410) de la agrupación y desconectando los interruptores (311, 312) en los extremos de ese arrollamiento primario (411), el transformador especificado (410) de la agrupación y la unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua (510) conectada a él son aislados.

Description

Campo técnico Este invento se refiere a un convertidor de potencia conectado en serie con una línea tal como una línea de transporte de alta tensión, una línea de distribución o un conductor de corriente alterna monofásica, y particularmente a un convertidor de potencia capaz de continuar funcionando después de sufrir un fallo parcial.
Técnica anterior La fig. 8 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de potencia de la técnica relacionada descrito por ejemplo en el documento USP 5.646.511. En este convertidor de potencia, un transformador en serie que tiene su arrollamiento primario conectado en serie con una línea de alta tensión, una línea de distribución o un conductor de corriente alterna monofásica para un tren eléctrico o similar (en lo que sigue abreviado a “línea”) y múltiples transformadores en agrupación en el lado secundario de este transformador en serie son combinados en dos etapas para conectar unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua a la línea. Este convertidor de potencia tiene la función de un aparato de control de corriente de flujo de potencia de línea. En la figura, el arrollamiento primario 201 de un transformador en serie 200 está conectado entre el lado 1 de alimentación de potencia de una línea y un lado 2 de alimentación de potencia o lado de carga de la línea. Los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440 (se ha mostrado el caso de una agrupación de cuatro etapas) están conectados en serie con el arrollamiento secundario 202 del transformador en serie 200. Los lados de corriente alterna de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua están conectados respectivamente a los arrollamientos secundarios 412 a 442 de los transformadores en agrupación 410 a 440, y los lados de corriente continua de las cuatro unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua están conectados a un circuito común 511 de corriente continua.
A causa de que los convertidores de potencia de la técnica relacionada han sido construidos como éste, incluso si falla una de las múltiples unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, debido a que es imposible mantener la tensión de corriente continua del circuito 511 de corriente continua, ninguna de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, puede ser hecha funcionar, y ha sido necesario desconectar el convertidor de potencia. Y ha existido el problema de que el convertidor de potencia ha de ser desconectado hasta que esté completada la reparación o comprobación periódica, y la disponibilidad del sistema falla.
El presente invento ha sido concebido para resolver estos problemas, y es un objeto del invento proporcionar un convertidor de potencia capaz de continuar funcionando como un sistema incluso cuando una de las múltiples unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, falla o es detenida para una comprobación periódica.
Exposición del Invento El invento proporciona un convertidor de potencia que tiene un transformador en serie con su arrollamiento primario conectado en serie con una línea, múltiples transformadores en agrupación conectados en serie con el arrollamiento secundario de este transformador en serie, interruptores normalmente en conexión, conectados en serie con los extremos de los arrollamientos primarios de los transformadores en agrupación, dispositivos de derivación o bypass de corriente normalmente fuera de conexión, conectados en paralelo con las conexiones en serie de los arrollamientos primarios de los transformadores en agrupación y los interruptores en sus extremos, unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, que tienen sus lados de corriente alterna conectados a cada uno de los arrollamientos secundarios de los múltiples transformadores en agrupación, y circuitos de corriente continua, mutuamente independientes conectados de diversas maneras a los lados de corriente continua, de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, en que conectando el dispositivo de derivación o bypass de corriente del arrollamiento primario de un transformador especificado de la agrupación y desconectando los interruptores en los extremos de ese arrollamiento primario, el transformador especificado de la agrupación y la unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua conectada a él son aislados.
Por este medio es posible no solamente aumentar la disponibilidad y la fiabilidad del aparato como un todo, sino también elevar la capacidad del aparato haciendo adiciones al mismo fácilmente. El documento WO 03/092148 es considerado como la técnica anterior más cercana en el tiempo y describe un convertidor de potencia de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 a 4. El documento US-A-5.818.387 también representa la técnica anterior en el campo de los convertidores de potencia.
El invento también proporciona un convertidor de potencia que incluye múltiples transformadores en agrupación que tienen sus arrollamientos primarios conectados a una línea en serie, interruptores normalmente en conexión, conectados en serie con los extremos de los arrollamientos primarios de los transformadores en agrupación, primeros dispositivos de derivación de corriente normalmente desconectados, conectados en paralelo con las conexiones en serie de los arrollamientos primarios de los transformadores en agrupación y los interruptores conectados a sus extremos, unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua tienes sus lados de corriente alterna conectados a los arrollamientos secundarios de cada uno de los transformadores en agrupación, circuitos de corriente continua mutuamente independientes conectados a los lados de corriente continua de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, y un segundo dispositivo de derivación de corriente normalmente fuera de conexión, conectado en paralelo con todos los transformadores en agrupación conectados en serie, en el que conectando el primer dispositivo de derivación de corriente del arrollamiento primario de un transformador especificado de la agrupación y desconectando los interruptores en los extremos de ese arrollamiento primario, el transformador especificado de la agrupación y la unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua, conectada a él, son aislados.
Por este medio es posible no sólo aumentar la disponibilidad y la fiabilidad del aparato como un todo sino también elevar la capacidad del aparato haciendo adiciones al mismo fácilmente.
Breve descripción de los dibujos
La fig. 1 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de una primera realización preferida de un
convertidor de potencia de acuerdo con el invento;
La fig. 2 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de potencia de una
segunda realización preferida;
La fig. 3 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de corriente alterna a
corriente continua monofásico ordinario;
La fig. 4 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de potencia de una tercera
realización preferida;
La fig. 5 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de potencia de una cuarta
realización del invento;
La fig. 6 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de potencia de una quinta
realización del invento;
La fig. 7 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de una convertidor de potencia de otro
ejemplo del invento; y
La fig. 8 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de potencia de la técnica
relacionada.
Mejor modo para la puesta en práctica del Invento
Primera realización preferida La fig. 1 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de una primera realización preferida de un convertidor de potencia de acuerdo con el invento. (A todo lo largo de las figuras, los mismos números de referencia indican las mismas partes o partes equivalentes y a continuación a las que se ha hecho referencia con el mismo significado). En la fig. 1, el arrollamiento primario 201 de un transformador en serie 200 está conectado en serie entre un lado 1 de alimentación de corriente de una línea y un lado 2 de alimentación de corriente o lado de carga de la línea. Los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440 (se ha mostrado el caso de una agrupación de cuatro etapas) están conectados en serie al arrollamiento secundario 202 del transformador en serie 200. Los lados de corriente alterna de cuatro unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua están conectados respectivamente a los arrollamientos secundarios 412 a 442 de los transformadores en agrupación 410 a 440, y los circuitos 511 a 541 de corriente continua mutuamente independientes están conectados a los lados de corriente continua de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua.
Este convertidor de potencia de acuerdo con el invento es de una construcción tal que los circuitos 511 a 541 de corriente continua individuales de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua son mutuamente independientes, y no están conectados al circuito de corriente continua de ninguna otra unidad convertidora de corriente continua a corriente alterna. Los interruptores normalmente en conexión (disyuntores, seccionadores o interruptores semiconductores) 311 a 341 y 312 a 342 están dispuestos (conectados) en serie con los extremos de los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440, y los dispositivos de derivación de corriente normalmente fuera de conexión (disyuntores, seccionadores o interruptores semiconductores) 310 a 340 están dispuestos (conectados) en paralelo con las conexiones en serie de los arrollamientos primarios 411 a 441 de cada uno de los transformadores 410 a 440 de la agrupación y los interruptores 311 a 341 y 312 a 342 en sus extremos. Por consiguiente, la construcción es tal que cuando el dispositivo de derivación de corriente del arrollamiento primario de un cierto transformador de la agrupación es conectado y los interruptores en los extremos de dicho arrollamiento primario son desconectados, ese transformador de la agrupación es desconectado de la línea.
También, los interruptores (disyuntores, seccionadores o interruptores semiconductores) 101 y 102 estás dispuestos (conectados) en serie con los extremos del arrollamiento primario 201 del transformador en serie 200, y un dispositivo de derivación de corriente (disyuntor, seccionador o interruptor de semiconductores) 103 está dispuesto (conectado) en paralelo con la conexión en serie del arrollamiento primario 201 del transformador en serie 200 y de los dos interruptores 101, 102.
Además, se ha previsto un interruptor de cortocircuito (disyuntor, seccionador, interruptor de semiconductores) 300 para cortocircuitar el arrollamiento secundario 202 del transformador en serie 200, de modo que las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua y los transformadores en agrupación 410 a 440 pueden todos estar protegidos de la corriente de cortocircuito en el momento de un accidente de la línea. En algunos casos, debido a que los dispositivos 310 a 340 de derivación de corriente están presentes, el dispositivo de cortocircuitado 300 puede ser omitido. Esta decisión puede ser tomada sobre la base de las consideraciones de diseño, de costes, de espacio disponible, y de redundancia.
En esta primera realización, como en la disposición de arrollamiento del arrollamiento secundario 202 del transformador en serie 200, puede usarse la conexión en triángulo, la conexión en estrella, o la conexión monofásica. Y también como la disposición de arrollamiento de cada uno de los arrollamientos secundarios 412 a 442 de los transformadores en agrupación 410 a 440, puede usarse la conexión en triángulo, la conexión en estrella, o la conexión monofásica.
A continuación, se explicará el funcionamiento de este convertidor de potencia. Un rasgo característico de un convertidor de potencia conectado en serie con una línea es que las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, no pueden controlar por sí mismas directamente las corrientes que fluyen a las unidades, y lo que controlan son solo las magnitudes y las fases de las tensiones que las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, emiten. La razón de que el convertidor de potencia pueda controlar la corriente de la línea indirectamente es que la suma de vectores de las tensiones de salida de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, produce una tensión en el arrollamiento primario 201 del transformador en serie 200 por medio de los transformadores en agrupación 410 a 440, y por esa tensión de inyección que produce una tensión de una cierta fase y una cierta magnitud entre la línea 1 y la línea 2, con todas las fuentes de tensión y las fuentes de corriente sobre la red de la línea, y todas las impedancias de línea, es posible cambiar la corriente que pasa a través del convertidor de potencia. En este sentido, este convertidor de potencia tiene la función de un aparato de control de corriente de flujo de línea de alta tensión. Debido a esto, como unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua del convertidor de potencia, se emplean convertidores con fuentes de tensión, que constituyen fuentes de tensión. Como consecuencia de este principio operativo, no es necesario que todas las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua produzcan la misma tensión, e incluso si una unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua se ha detenido, el convertidor de potencia puede funcionar sin ningún problema.
Durante el funcionamiento normal del convertidor de potencia de la primera realización preferida, el dispositivo de derivación de corriente 103 está en su estado fuera de conexión, los interruptores 101 y 102 están en sus estados en conexión, el dispositivo de cortocircuito 300 está en su estado fuera de conexión, los dispositivos de derivación de corriente 310 a 340 están en su estado fuera de conexión, y los interruptores 311 a 341 y 312 a 342 están en su estado en conexión.
Se supondrá ahora que la unidad 510 convertidora de corriente alterna a corriente continua ha sido desconectada en paralelo de la línea debido a un fallo. En este momento, debido a que el dispositivo de derivación de corriente 310 ha sido conectado y los interruptores 311 y 312 han sido desconectados, y, en esta primera realización preferida, debido a que el circuito 511 de corriente continua ha sido desconectado eléctricamente de los circuitos 521 a 541 de corriente continua de las otras unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, el convertidor de potencia puede continuar funcionando. La razón por la que no es posible que un convertidor de potencia de la técnica relacionada funcione con una o más unidades de convertidor de corriente alterna a corriente continua desconectadas en paralelo es que las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua no han sido independientes o bien por el lado de corriente alterna o bien por el lado de corriente continua.
El grupo de unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua como un todo es requerido para producir una tensión diferencial especificada en el arrollamiento primario 201 del transformador en serie 200. En esta primera realización preferida, debido a que las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua han sido construidas independientemente, incluso si una o más de estas unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua está desconectada en paralelo, el convertidor de potencia puede aún funcionar.
Cuando las especificaciones requeridas del convertidor de potencia son satisfechas por varias unidades (N) convertidoras de corriente alterna a corriente continua, si se han añadido la redundancia de una o más (n) unidades y hay previstas (N+n) unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, entonces incluso aunque fallen n unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, el funcionamiento es posible sin que se pierda el régimen máximo del sistema. Por consiguiente, si las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua están previstas como redundancia, el funcionamiento al 100% del régimen nominal del convertidor de potencia es posible incluso con el número de unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua correspondientes a la redundancia, desconectadas en paralelo. Por este medio es posible obtener una instalación muy fiable.
Cuando las corrientes máximas que fluyen a través de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua en el momento de un accidente de la línea son mayores que las corrientes nominales de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, al aumentar el número de etapas de transformadores en agrupación y de unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua en la construcción, las corrientes máximas de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua pueden ser reducidas. Esto resulta de la naturaleza de un convertidor de potencia conectado a una línea en serie. Si la potencia nominal del convertidor de potencia se define como el producto de la tensión Vs inyectada en el arrollamiento primario del transformador en serie 200 por la corriente máxima Is de la línea, entonces puede obtenerse el número de etapas (N) dividiendo la potencia nominal del convertidor de potencia (VsxIs) por el producto de la tensión nominal Vc y la corriente nominal Ic del transformador en agrupación y de la unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua de una etapa (VcxIc). Debido a que solo con el número de etapas N1 obtenido a partir de la corriente nominal de la línea en tiempos normales la corriente máxima de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua excederá de la corriente nominal en el momento de un accidente o similar, es deseable tener en cuenta una corriente máxima Is2 como en el momento de un accidente de la línea al ajustar una corriente nominal Ic2 de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, y usar las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua y los transformadores en agrupación por debajo de su potencia nominal de modo que son usados normalmente por debajo de sus valores de relación máximos. Debido a que esto significa diseñar para reducir la tensión de los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440, como resultado, el número de etapas N aumenta.
También, en esta primera realización preferida, utilizando la naturaleza del convertidor de potencia conectado en serie con una línea mostrada antes, es posible aumentar la capacidad del convertidor de potencia aumentando el número de transformadores en agrupación y las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua en serie, incluso después de haber instalado el convertidor de potencia. Este rasgo característico es posible porque los circuitos de corriente continua de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua son independientes.
Y, en esta primera realización preferida, en el transformador en serie 200, normalmente, cuando la tensión del arrollamiento secundario ha caído, la corriente máxima del arrollamiento secundario 202 aumenta en el momento de un accidente de línea. Cuando la corriente máxima del arrollamiento secundario 202 excede de la corriente nominal del interruptor de semiconductores (dispositivo de cortocircuitado) 300 o los disyuntores (dispositivos de derivación de corriente) 310 a 340 o los seccionadores (interruptores) 311 a 341 y 312 a 342, en el transformador en serie 200, inversamente, en la primera realización preferida también es posible emplear un método de optimización de los valores nominales del interruptor de semiconductores 300, de los disyuntores 310 a 340 y de los seccionadores 311 a 341 y 312 a 342 aumentando la tensión del arrollamiento secundario.
Segunda realización preferida Mientras que en la primera realización preferida se ha adoptado una construcción tal que las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua podrían ser aisladas una cada vez, como se ha mostrado en la fig. 2, las unidades convertidoras 550 a 580 están conectadas a los arrollamientos secundarios 452 y 462 de los transformadores en agrupación 450 y 460 de dos en dos. En este caso, aunque los dos circuitos 551 y 552 de corriente continua que forman un par son comunes, son independientes de los circuitos 561 y 562 de corriente continua que forman otro par. Este punto es similar a la primera realización preferida.
Cuando el número de unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua es 2xN, comparado con la primera realización preferida, debido a que el número de etapas de transformador en agrupación es N, es decir la mitad del número que en la primera realización preferida, se puede esperar que el coste de fabricación de los transformadores en agrupación sea más barato. En esta segunda realización preferida las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua han de ser desconectadas a pares cuando hay un fallo de una unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua o para una comprobación periódica, pero si la redundancia no afecta a la disponibilidad esperada, puede proporcionarse un sistema que no es problemático. Y, en esta segunda realización preferida, debido a que dos unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua son controladas al mismo tiempo, ciertos circuitos de unidades de control (no mostrados) tales como aquellos empleados para el control de tensión de corriente continua pueden ser hechos comunes y reducidos a uno por circuito por cada dos unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, pudiendo alcanzar así reducciones de coste.
La fig. 3 es un diagrama de circuito que muestra la construcción de un convertidor de corriente alterna a corriente continua monofásico ordinario (inversor monofásico). En la figura, los dispositivos de auto-extinción 911, 912 y los diodos volantes 921, 922 están conectados a un terminal 901 del lado de corriente alterna, y los dispositivos de auto-extinción 913, 914 y los diodos volantes 923, 924 están conectados a un terminal 902 del lado de corriente alterna. Un condensador 930 está conectado a los terminales del lado de corriente continua. La segunda realización preferida también puede aplicarse en un caso en el que una unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua constituye un puente monofásico del tipo mostrado en la fig. 3. En el caso de una línea tal como un conductor de corriente alterna monofásica para un tren eléctrico, debido a que no puede usarse una unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua de puente trifásico, es necesario emplear una unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua de puente monofásico del tipo mostrado en la fig. 3.
Tercera realización preferida Mientras que en la primera realización preferida un transformador en serie 200 estaba dispuesto entre un lado 1 de alimentación de corriente de una línea y un lado 2 de alimentación de corriente o lado de carga de la línea y estaba prevista los transformadores en agrupación 410 a 440 y las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, los transformadores en agrupación 410 a 440 pueden también estar conectada en serie entre un lado 1 de alimentación de corriente de una línea y un lado 2 de alimentación de corriente o lado de carga de la línea directamente, como en una tercera realización preferida mostrada en la fig. 4. Un dispositivo de derivación de corriente (disyuntor, seccionador o interruptor de semiconductores) 300 está conectado en paralelo con todos los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440, y en el momento de un accidente de la línea puentea todos los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440 juntos.
El circuito en la fig. 4 puede aplicarse en casos tales como cuando los transformadores en agrupación pueden estar conectados a la línea directamente, cuando interruptores semiconductores pueden estar conectados a la línea directamente, y cuando los transformadores en agrupación pueden transformar (normalmente, reducir) la tensión de línea, de forma similar a cuando hay una tensión relativamente alta, a la tensión de corriente alterna de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua en una etapa.
En la primera realización preferida, normalmente, cuando se reduce la tensión del arrollamiento secundario del transformador en serie 200, aumenta la corriente del arrollamiento secundario 202. Cuando por consiguiente en el momento de un accidente de la línea la corriente máxima que circula a través del arrollamiento secundario 202 resulta demasiado grande, se ha fabricado un interruptor de semiconductores 300 con una corriente nominal grande. Cuando es más fácil de fabricar un interruptor de semiconductores de alta tensión 300 con una corriente nominal baja que un interruptor de semiconductores de baja tensión 300 con una corriente nominal elevada, el transformador en serie 200 puede ser omitido y ser empleada una construcción como la de la tercera realización preferida.
Cuarta realización preferida Mientras que en la segunda realización preferida el transformador en serie 200 estaba dispuesto entre un lado 1 de alimentación de corriente de una línea y un lado 2 de alimentación de corriente o lado de carga de la línea y se habían previsto los transformadores en agrupación 450 a 460 y las unidades 550 a 580 convertidoras de corriente alterna a corriente continua, es también posible una construcción en la que los transformadores en agrupación 450 a 460 están conectados en serie entre un lado 1 de alimentación de corriente de una línea y un lado 2 de alimentación de corriente o lado de carga de la línea directamente, como en la cuarta realización mostrada en la fig. 5. Un interruptor de derivación de corriente (disyuntor, seccionador o interruptor de semiconductores) 300 está conectado en paralelo con todos los arrollamientos primarios 451 a 461 de los transformadores en agrupación 450 a 460, y en el momento de un accidente de línea puentea todos los arrollamientos primarios 451 a 461 de los transformadores en agrupación 450 a 460 juntos.
El circuito de la fig. 5 puede aplicarse en casos tales como cuando los transformadores en agrupación pueden estar conectados a la línea directamente, cuando los interruptores semiconductores pueden estar conectados a la línea directamente, y cuando los transformadores en agrupación pueden transformar (normalmente, reducir) la tensión de línea, de forma similar a cuando hay una tensión relativamente elevada, a la tensión de corriente alterna de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua en una etapa.
En la segunda realización preferida, normalmente, cuando se reduce la tensión del arrollamiento secundario del transformador en serie 200, aumenta la corriente del arrollamiento secundario 202. Cuando por consiguiente en el momento de un accidente de línea la corriente máxima que circula a través del arrollamiento secundario 200 resulta demasiado grande, se ha fabricado un interruptor de semiconductores 300 con una corriente nominal grande.
Cuando es más fácil fabricar un interruptor de semiconductores de alta tensión 300 con una corriente nominal baja que un interruptor de semiconductores de baja tensión 300 con una corriente nominal elevada, el transformador en serie 200 puede ser omitido y ser empleada una construcción como la de la cuarta realización.
Quinta realización preferida Mientras que en la primera realización preferida un conjunto de interruptores 311 a 341 y 312 a 342 y los dispositivos de derivación de corriente 310 a 340 para aislar del sistema los arrollamientos primarios 411 a 441 de los transformadores en agrupación 410 a 440 han sido previstos por transformador de la agrupación, en una quinta realización preferida mostrada en la fig. 6, un transformador de la agrupación 801 está compuesto de transformadores 810 y 820 conectados en serie. De modo similar, un transformador de la agrupación 802 está compuesto de una pluralidad de transformadores 830 y 840 conectados en serie. Interruptores 311 y 322 normalmente en conexión son conectados en serie con los extremos de la conexión en serie de los arrollamientos primarios 811 y 821 de la pluralidad de transformadores 810 y 820. De modo similar, interruptores 331 y 342 normalmente en conexión son conectados en serie con los extremos de las conexiones en serie de los arrollamientos primarios 831 y 841 de la pluralidad de transformadores 830 y 840. Un dispositivo de derivación de corriente 310 normalmente en conexión es conectado en paralelo con la conexión en serie de la pluralidad de transformadores 810 y 820 y los interruptores 311 y 322 en los extremos. De modo similar, un dispositivo de derivación de corriente 330 normalmente fuera de conexión está conectado en paralelo con la conexión en serie de la pluralidad de transformadores 830 y 840 y los interruptores 331 y 342 en los extremos. También, las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua están conectadas respectivamente a los arrollamientos secundarios 812, 822, 832, 842 de los transformadores 810 a 840. Por medio de la construcción mostrada en la fig. 6 es posible reducir el coste.
Esto da como resultado una pérdida de redundancia de los transformadores en agrupación y de las unidades convertidoras de corriente alterna a corriente continua, pero si la redundancia no es un problema para el convertidor de potencia es una construcción que puede ser empleada.
La alteración de la construcción aplicada a la primera realización preferida y a la quinta realización preferida puede aplicarse también a la segunda, tercera y carta realizaciones preferidas.
Otro ejemplo del Invento En la primera realización preferida, conectando no sólo un capacitador sino algún otro dispositivo de almacenamiento de energía al circuito de corriente continua de cada unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua, resulta posible que la componente de tensión activa y la componente de tensión reactiva de la tensión de inyección emitida por el convertidor de potencia sean emitidas con cualquier fase en todos los 360º.
Ejemplos de dispositivos de almacenamiento de energía son celdas secundarias tales como baterías, dispositivos de almacenamiento de energía tales como condensadores de gran capacidad, u otra unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua conectada por medio de un motor-cum-generador a una fuente de energía mecánica tal como un volante.
Otro ejemplo del invento mostrado en la fig. 7 es una construcción conocida como un DVR (Recuperador de Tensión Dinámico) o UPFC (Controlador de Flujo de Potencia Unificado). Puede obtenerse una fuente de energía independiente conectando independientemente los circuitos 511 a 541 de corriente continua de las unidades 510 a 540 convertidoras de corriente alterna a corriente continua a otras unidades 513 a 543 convertidoras de corriente alterna a corriente continua y conectando estas unidades 513 a 543 convertidoras de corriente alterna a corriente continua individualmente a la línea a través de los transformadores 610 a 640, disyuntores 611 a 641, de un transformador 700 y de un disyuntor 701.
Aplicabilidad industrial Como resultará evidente de la anterior descripción, un convertidor de potencia de acuerdo con el invento es adecuado para usar en un aparato de control de flujo de corriente de línea capaz de continuar funcionando después de sufrir un fallo parcial.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Un convertidor de potencia, que comprende:
    - un transformador en serie (200) con su arrollamiento primario (201) conectado en serie con una línea (1, 2); múltiples transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440) conectados en serie con el arrollamiento secundario (202) de este transformador en serie (200);
    -unidades (510, 520, 530, 540) convertidoras de corriente alterna a corriente continua que tienen sus lados de corriente alterna conectados por separado a cada uno de los arrollamientos secundarios (412, 422, 432, 442) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440); y
    - circuitos de corriente continua mutuamente independientes (511, 521, 531, 541) conectados por separado a los lados de corriente continua de las unidades (510, 520, 530, 540) convertidoras de corriente alterna a corriente continua,
    caracterizado porque además comprende:
    -
    interruptores normalmente en conexión (311, 312; 321, 322; 331, 332; 341, 342) conectados en serie con los extremos de cada uno de los arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440);
    -
    dispositivos de derivación de corriente normalmente fuera de conexión (310, 320, 330, 340) conectados en paralelo con las conexiones en serie de cada uno de los arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440) y los interruptores (311, 312; 321, 322; 331, 332; 341, 342) en sus extremos;
    -en los que conectando el dispositivo de derivación de corriente (310) del arrollamiento primario (411) de un transformador especificado (410) de la agrupación y desconectando los interruptores (311, 312) en los extremos de ese arrollamiento primario (411), el transformador especificado (410) de la agrupación y la unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua (510) conectada a él son aislados.
  2. 2.- El convertidor de potencia de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las unidades (550, 560, 570, 580) convertidoras de corriente alterna a corriente continua conectadas a cada uno de los arrollamientos secundarios (452, 462) de cada uno de los transformadores en agrupación (450, 460) en sus lados de corriente alterna son varias y en los lados de corriente continua de la pluralidad de unidades (550, 570) convertidoras de corriente alterna a corriente continua del arrollamiento secundario (452) de cada uno de los transformadores en agrupación (450, 460) está previsto un circuito de corriente continua común (551, 552), y el circuito de corriente continua común (551, 552) es independiente de los circuitos de corriente continua comunes (561, 562) previstos en los lados de corriente continua de la pluralidad de unidades (560, 580) convertidoras de corriente alterna a corriente continua conectadas a los arrollamientos secundarios (462) de los otros transformadores en agrupación (460).
  3. 3.- El convertidor de potencia según la reivindicación 1, en el que los transformadores en agrupación (801, 802) están compuestos cada uno de una pluralidad de transformadores (810, 820, 830, 840) conectados en serie.
  4. 4.- Un convertidor de potencia, que comprende:
    - múltiples transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440) que tienen sus arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) conectados a una línea en serie;
    -unidades (510, 520, 530, 540) convertidoras de corriente alterna a corriente continua que tienen sus lados de corriente alterna conectados por separado a cada uno de los arrollamientos secundarios (412, 422, 432, 442) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440);
    -circuitos de corriente continua mutuamente independientes (511, 521, 531, 541) conectados respectivamente a los lados de corriente continua de las unidades (510, 520, 530, 540) convertidoras de corriente alterna a corriente continua,
    caracterizado porque además comprende:
    -interruptores normalmente en conexión (311, 312; 321, 322; 331, 332; 341, 342) conectados respectivamente en serie con los extremos de cada uno de los arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440);
    - dispositivos de derivación de corriente normalmente fuera de conexión (310, 320, 330, 340) conectados en paralelo con las conexiones en serie de cada uno de los arrollamientos primarios (411, 421, 431, 441) de los transformadores en agrupación (410, 420, 430, 440) y los interruptores (311, 312; 321, 322; 331, 332; 341, 342) en sus extremos;
    -un segundo dispositivo de derivación de corriente normalmente fuera de conexión (300) conectado en paralelo con toda los transformadores en agrupación conectados en serie (410, 420, 430, 440),
    5 - en los que conectando el primer dispositivo de derivación de corriente (310) del arrollamiento primario (411) de un transformador especificado (410) de la agrupación y desconectando los interruptores (311, 312) en los extremos de dicho arrollamiento primario (411), el transformador especificado (410) de la agrupación y la unidad convertidora de corriente alterna a corriente continua (510) conectada a él son aislados.
    10 5.- El convertidor de potencia según la reivindicación 4, en el que las unidades (550, 560, 570, 580) convertidoras de corriente alterna a corriente continua conectadas a cada uno de los arrollamientos secundarios (452, 462) de cada uno de los transformadores en agrupación (450, 460) en sus lados de corriente alterna son varias y en los lados de corriente continua de la pluralidad de unidades (550, 570) convertidoras de corriente alterna a corriente continua del arrollamiento secundario (452) de cada uno de los
    15 transformadores en agrupación (450, 460) se ha previsto un circuito de corriente continua común (551, 552), y el circuito de corriente continua común (551, 552) es independiente de los circuitos de corriente continua comunes (561, 562) previstos en los lados de corriente continua de la pluralidad de unidades (560, 580) convertidoras de corriente alterna a corriente continua conectadas a los arrollamientos secundarios (462) de los otros transformadores en agrupación (460).
    20 6.- El convertidor de potencia según la reivindicación 4, en el que los transformadores en agrupación (801, 802) están constituidos de una pluralidad de transformadores (810, 820, 830, 840) conectados en serie.
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