WO2012113951A1 - Equipo generador de perturbaciones eléctricas - Google Patents

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WO2012113951A1
WO2012113951A1 PCT/ES2012/070092 ES2012070092W WO2012113951A1 WO 2012113951 A1 WO2012113951 A1 WO 2012113951A1 ES 2012070092 W ES2012070092 W ES 2012070092W WO 2012113951 A1 WO2012113951 A1 WO 2012113951A1
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switch
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PCT/ES2012/070092
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Miguel Garcia Gracia
Miguel Angel MARTINEZ GUILLEN
Diego LÓPEZ ANDÍA
Susana MARTÍN ARROYO
Aitor LARREN ARCONADA
Maria Paz COMECH MORENO
Adrián David ALONSO HERRANZ
Oscar Alonso Sádaba
Miguel Angel COVA ACOSTA
Nabil EL HALABI FARES
Maria Teresa VILLÉN MARTÍNEZ
Samuel BORROY VICENTE
Laura Gimenez De Urtasun
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FOR OPTIMAL RENEWABLE ENERGY SYSTEMS SL
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02S50/00—Monitoring or testing of PV systems, e.g. load balancing or fault identification
    • H02S50/10—Testing of PV devices, e.g. of PV modules or single PV cells
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/107—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05B2270/1071—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss
    • F05B2270/10711—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss applying a low voltage ride through method
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the invention presented here describes a disturbance generator equipment (meaning disturbances such as voltage sags up to 100% depth, overvoltages to 173% and phase jumps up to 35 °) to connect to a system for generating electric power, more specifically between the evacuation line and the electric power generation system, such as a wind turbine.
  • a disturbance generator equipment meaning disturbances such as voltage sags up to 100% depth, overvoltages to 173% and phase jumps up to 35 °
  • WO 2005069470 (US 20080231252) "Sag-Swell and outage generator for performance test of custom power devices" describes a device used to test low power and low voltage equipment against surges and undervoltages. Therefore not applicable to power generation systems with voltage levels greater than 500 V and powers greater than 100 kW.
  • US Patent 6285169 “Sag generator with switch-mode impedance” is a voltage gap generating equipment, consisting of a bridge of IGBTs, in which the magnitude of the input voltage is modified by varying their work cycle. It is viable only at low powers and its usefulness is based on being portable and lightweight, this being its objective. It is not applicable in the case of electric power generation (wind turbines, ).
  • WO 2006106163 (US 20090066166) "Low-Voltage dips generator device” refers to a voltage gap generator for testing electrical generation equipment using an inductive divider and including series impedances to reduce the disturbances that the network sees. This device can only be connected in low voltage.
  • WO2006108890 (US 20090212748) "Sag generator device voltage” describes a voltage generation device that uses three power transformers without variable sockets in parallel to vary the impedance of the short-circuit branch. It is designed with the purpose of verifying the behavior of electric machines for generating electricity, such as wind turbines, in the presence of voltage dips. Only voltage gaps are achieved at three levels of depth 50, 66 and 75%.
  • WO 0176058 Universal frequency electric! Generator discloses a power converter; which allows varying the rotor shaft speed or the output frequency independently. Its field of application is electric machines, such as generators, but its mission is to deliver the power generated by the generator to the grid frequency (50 or 60 Hz) either during disturbances or in permanent regime, that is, it is not designed to generate frequency variations. On the other hand, it is only applicable in low voltage systems.
  • WO 2005046048 “Frequency generator” discloses a device for obtaining a square high frequency signal from a low frequency signal. This device generates low power clock signals.
  • WO 2005099063 patent “Method for operating a frequency converter of a generator and wind energy turbine Reviews having a generator operated ACCORDING TO the method” refers to a method for operating a converter connected to a power generator such as a wind turbine during gaps voltage or in normal operating operations to regulate the converter.
  • US 6185264 “Apparatus and method for frequency shift keying” is a device used in the transmission of data on a carrier wave. This signal is introduced at a certain frequency.
  • the patent ES 2308918 “Voltage gap generator equipment” presents equipment intended for field tests between electric generators and the energy collector, but suffers from the problem that it is only capable of producing voltage holes, it is not possible to test another type of electrical disturbances, with which only a partial test is possible.
  • the equipment for generating electrical disturbances object of the present invention comprises a three-phase transformer or three single-phase variable sockets connected in series between the collector system and the generator, this transformer being in charge of carrying out surges, voltage gaps and phase jumps, by switching a bypass branch with an impedance with the branch containing the transformer, also disposing in parallel of a capacitor bank to perform surges with the help of impedance and / or series resistance. It also has in parallel a reducing transformer connected to a rectifier, and this at some resistance to test frequency variations.
  • This equipment is preferably mounted on a truck and / or container platform to provide maximum portability, since it has to travel to the different power generation plants.
  • the expected power limit of the equipment to be tested is 10 MW, which can be increased by resizing the equipment it consists of (transformer, impedances, rectifier, ).
  • the scheme consists of a three-phase or three-phase transformer in parallel with impedances of variable sockets (resistors and / or inductances), to limit the current while the transformer is short-circuited.
  • This transformer has variable sockets, which allows tests of voltage dips and / or surges at different voltage levels.
  • a capacitor bank that allows the realization of overvoltages and phase jumps.
  • the principle of frequency testing is to leave the equipment to be tested on the island, that is, disconnected from the network, and demand the power required to increase / decrease the frequency.
  • the field of application of this device is the testing of high and low power generator equipment connected in medium or low voltage against disturbances in the network.
  • This electrical disturbance generating equipment that is presented provides multiple advantages over the systems currently available, being the most important that has complete versatility, allowing to test electrical generation equipment against voltage dips, surges, frequency variations and phase jumps .
  • Another added advantage is that for carrying out the overvoltage, offset and undervoltage tests, it uses electromechanical vacuum switches, faster than those of conventional SF6 used, which limits the time the transformer is subjected to overcurrents and lowers the Device cost compared to the use of electronic switches.
  • Figure -1 shows a simplified single-block block diagram.
  • Figure -2- shows a simplified single-line block diagram of a simplified alternative embodiment.
  • the electrical disturbance generating equipment object of the present invention basically comprises, as can be seen in the attached drawing, the following elements: ⁇ a three-phase transformer (1) of variable sockets connected in series between the generating system (2) of electrical energy and the power network (3) connected to two connection cabinets (4,5) that allow different types of device connection and connect the necessary phases.
  • a three-phase impedance bank (6) with different sockets a three-phase resistance bank (7) with different sockets, a reducing transformer (21) and a rectifier (22) placed in parallel between the generator system (2) and the power grid (3), and in series with the resistors (7), single-phase vacuum switches (8) placed in series with the impedance bank (6) and the resistance bank (7) for connection separately or combined with the transformer (1) and also in series between the generator system (2) and the power network (3), • a bypass switch (9) of the three-phase impedance bank for direct connection of the power grid (3) with the generator system (2),
  • connection cabinet (4) of the transformer (1) to the generator system (2) and the connection cabinet (5) of the transformer (1) to the collector system (3) allow the connection of one, two or three phases for testing single-phase, two-phase or three-phase, and its connection reversed.
  • the device has protective measures for the transformer that disconnect it from an internal fault in the transformer windings (1).
  • the disturbance generating equipment allows three-phase, two-phase and single-phase disturbances to be generated with the desired voltage and duration, such as voltage gaps up to 100% deep, overvoltages up to 173%, phase jumps up to 35 ° and frequency variations. All these tests can have a variable duration from 50 ms onwards and allows to reproduce tests at voltage levels from 500 V, connecting directly to the terminals of the power generation system.
  • a mobile unit such as a truck or trailer, it allows the test to be carried out directly at the generator's operating location without disturbing the normal operation of the rest of the elements that constitute the installation. It allows to connect directly to power generation systems whose generation voltage is above 500 V and with nominal powers above 100 kW.
  • This disturbance generating equipment is characterized by a characteristic test procedure by means of different combinations of the transformer connections (1) in the cabinets (4) and (5), together with different connections of the impedance banks (6) and resistors ( 7) through different positions on the different switches.
  • the 30 ° phase jump test is performed in the same way as in the case of overvoltages, except that in this case the transformer (1) connected in star-delta is used.
  • Phase jump tests other than 30 ° are carried out by means of the transformer (1) connected in series between the power grid (3) and the generator (2), connecting in a first step the transformer (1) in star-delta for then in a second step, select the impedance (6) and / or resistance (7) socket to obtain the desired offset, continuing with a third step in which the switches (10) and (11) or (12) are closed. and (13), and then in a fourth step the bypass switch of the impedance bank (9) is opened and finally to perform the test in a fifth step the transformer connection switches (14) and (15) are closed.
  • the desired impedance (6) is selected to limit the short-circuit power at the test point, and thus allow it to have a lower capacity (ohmic value).
  • the voltage can be raised by connecting the connection switch (19) of the capacitor bank, then in a second step the impedance bypass switch (9) is opened and then in a third step the switch is closed of the capacitor bank (19).
  • the resistance value (7) is selected to obtain the desired depth of gap and the impedance taking (6) necessary to limit the short-circuit current and immunize the test of the network, then in a second step the connection cabinet (5) is disconnected from both the transformer (1) and the switch (15) and the phases in which the voltage gap is desired are short-circuited , continuing with a third step with the connection in the connection cabinet (23) between the resistors (7) and the switch (12), to continue in a fourth step in which the bank bypass switch (9) is opened of impedances (6) to connect them, ending with a step in which the test is performed by closing the switch (12).
  • the zero residual voltage test is carried out in the same way as in the case of voltage holes with resistors (7), but disconnecting in the connection cabinet (23) the connection between the switch (12) and the resistance bank ( 7) and short-circuiting the phases in which the voltage gap is desired.
  • the test of shallow voltage holes and long duration can be carried out by connecting the transformer (1) and the resistance bank (7) in series, and these in parallel between the power network (3) and the generator (2) .
  • the impedance socket (6) is selected to limit the short-circuit current, and the resistor socket (7) and the transformer (1) to adjust the residual voltage
  • the connection cabinet (4) the phases in which the gap is desired are connected
  • the connection cabinet (5) the transformer (1) is connected with the branch of the resistors (7) and only the phases in which it is desired to perform the fault
  • the connection cabinet (23) the resistor bank of the switch (12) and the rectifier (fault) is disconnected and the branches where it is desired to perform the voltage gap to be able to perform single-phase, two-phase and three-phase holes
  • the switches (14), (12), (13) and (15) are opened, to continue with a fourth step in which the bypass switch is opened ( 9) of the impedance bank to connect the ⁇ Mpedancia
  • the voltage gap test can also be carried out by connecting only the transformer (1) in parallel between the power grid (3) and the generator (2), for this, in a first step the impedance socket (6) is selected to limit the short-circuit current, and the transformer socket (1) to adjust the residual voltage, then in a second step in the connection cabinet (4) the phases in which the gap is to be made are connected, and in the connection cabinet (5) the phases of the resistance bank (7) are disconnected and the phases where the voltage gap is to be made to be able to make single-phase, two-phase and three-phase holes are short-circuited, then in a third step it is opened the bypass switch of the impedance bank (9) to connect the impedances (6) and thus isolate the voltage gap network, and in a fourth step the voltage gap is made by closing the switch (14).
  • the connection between the resistors (7) and the rectifier (22) is made, leaving the switches (12), (13), (14) open and (15), continuing in a second step to the connection of the reducing transformer (21), which is in series with the rectifier (22) and in parallel with the power grid (3) and the generator (2), a then in a third step the rectifier (22) is controlled so that it consumes all the power that the generator (2) is supplying, and at a given time, in a fourth step, the switch (8) is opened leaving the generator ( 2) on the island (disconnected from the network), to end with a fifth step in which the rectifier (22) is controlled so that it demands more / less power from the generator (2) with which the frequency increases / decreases.
  • a simplified alternative embodiment is provided, in which the reducing transformer (21), the rectifier (22), the connection cabinet (23), the capacitor bank (20) and its power switch are eliminated connection (19), as well as the resistors (7) and their associated switches (12 and 13), limiting the spectrum of tests to be performed.

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Abstract

Equipo generador de perturbaciones eléctricas en la red conectada a un sistema de generación de energía eléctrica, como por ejemplo un aerogenerador ó planta solar, para ensayar la respuesta de los generadores ante perturbaciones en la red, entendiendo perturbaciones como huecos de tensión, sobretensiones, saltos de fase y cambios de frecuencia, que comprende un transformador trifásico o tres monofásicos de tomas variables conectados en serie entre el sistema colector y el generador, encargándose este transformador de realizar sobretensiones, huecos de tensión y saltos de fase, mediante la conmutación de una rama de bypass con una impedancia con la rama que contiene el transformador, disponiendo asimismo en paralelo de una batería de condensadores para realizar sobretensiones con ayuda de una impedancia y/o resistencia serie. Además dispone en paralelo de un transformador reductor conectado a un rectificador, y este a unas resistencias para ensayar la respuesta ante variaciones de frecuencia.

Description

EQUIPO GENERADOR DE PERTURBACIONES
ELÉCTRICAS
La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un equipo generador de perturbaciones eléctricas en la red conectada a un sistema de generación de energía eléctrica, como por ejemplo un aerogenerador ó planta solar, para ensayar la respuesta de los generadores ante perturbaciones en la red, entendiendo perturbaciones como huecos de tensión, sobretensiones, saltos de fase y cambios de frecuencia. CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención aquí presentada describe un equipo generador de perturbaciones (entendiendo perturbaciones como huecos de tensión de hasta el 100 % de profundidad, sobretensiones de hasta 173% y saltos de fase de hasta 35°) para conectarse en un sistema de generación de energía eléctrica, más concretamente entre la línea de evacuación y el sistema de generación de energía eléctrica, como un aerogenerador.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad son ampliamente conocidos múltiples y variados tipos de dispositivos para generar perturbaciones tales como huecos de tensión, sobretensiones, variaciones de frecuencia y saltos de fase en máquinas de generación eléctrica :
Artículo "Voltage Sag and Swell Generator with Series Injected Inverter for the KCPP"; Y. H .Chung, G. H Kwon, T. B Park, H J Kim and Y.S Jeon. 2004 International Conference on Power System Technology- Powercon 2004 Singapore. En este artículo se describe un equipo para generar huecos de tensión, sobretensiones y saltos de fase en sistemas de generación eléctrica de hasta 4 MW. El equipo descrito en este artículo está basado en electrónica de potencia, y está formado por un inversor conectado en serie, un condensador en el bus de continua para almacenar energía y un rectificador. Es este equipo se modifica la magnitud y fase de las tensiones de entrada mediante la conmutación de los equipos de potencia (IGBTs, IGCTs, etc.).
La patente US 7218122 "Power disturbance generator" describe un generador de huecos de tensión y de sobretensiones en cargas y equipos de procesos automatizados en un entorno industrial. Mediante este equipo únicamente es posible realizar tres tipos de ensayos variando la tensión de una u otra fase.
La patente WO 2005069470 (US 20080231252) "Sag-Swell and outage generator for performance test of custom power devices" describe un dispositivo utilizado para ensayar equipos de poca potencia y baja tensión frente a sobretensiones y subtensiones. Por lo tanto no aplicable a sistemas de generación eléctrica con niveles de tensión superiores a 500 V y potencias superiores a 100 kW. La patente US 6285169 "Sag generator with switch-mode impedance" es un equipo generador de huecos de tensión, consistente en un puente de IGBTs, en el cuál se modifica la magnitud de la tensión de entrada variando el ciclo de trabajo de los mismos. Es viable solo en bajas potencias y su utilidad se basa en ser portátil y ligero siendo este su objetivo. No es aplicable en el caso de generación de energía eléctrica (aerogeneradores,...).
La patente WO0060430 (US 5920132) "Non-Rotating portable sag generator" esta basada en la conexión de seis autotransformadores con tomas variables (2 por fase), la aplicación de esta patente es la de realizar pruebas de huecos de tensión en fabricas con tensiones inferiores a 500 V, debido a la tecnología que utiliza no es posible aplicarlo a sistemas de generación eléctrica de elevada potencia y conectado en media tensión.
La patente US 5886429 "Voltage sag/swell testing station" describe un dispositivo utilizado en un entorno industrial para testear equipos electrónicos conectados en baja tensión ante huecos de tensión y sobretensiones, y nunca equipos conectados en media tensión. La patente US 20030230937 "Sag generador with plurality of switch technologies" es un equipo de ensayo para testear equipos conectados en baja tensión ante subtensiones. Este equipo utiliza diferentes elementos de conmutación basados en electrónica de potencia, como son los puentes de IGBTs.
La patente WO 2006106163 (US 20090066166) "Low-Voltage dips generator device" hace referencia a un generador de huecos de tensión para ensayar equipos de generación eléctrica utilizando un divisor inductivo e incluyendo unas impedancias serie para disminuir las perturbaciones que ve la red. Este dispositivo únicamente puede conectarse en baja tensión.
La patente WO2006108890 (US 20090212748) "Voltaje sag generator device" describe un dispositivo de generación de huecos de tensión que utiliza tres transformadores de potencia sin tomas variables en paralelo para variar la impedancia de la rama de cortocircuito. Esta diseñado con el fin de verificar el comportamiento de máquinas eléctricas de generación de energía eléctrica, como aerogeneradores, ante huecos de tensión. Únicamente se consiguen huecos de tensión a tres niveles de profundidad 50, 66 y 75%.
Artículo "Fault Ride Through Test based on Transformer Switching", Authors: Rainer Klosse, Fritz Santjer, presentado en el 8th Internacional Workshop on Large-Scale integration of wind power into power systems as well as on transmission networks for offshore wind farms. Octubre 2009 Bremen (Alemania). Este artículo esta basado en la utilización de un autotransformador conectado en serie entre la red y el equipo a ensayar, para realizar sobretensiones de hasta 1.5 p.u y huecos de tensión en el rango 0.0-1.0 p.u; además permite realizar saltos de fase. Los saltos de fase realizados según este esquema requieren la realización de huecos de tensión puesto que lo impone la configuración en triángulo del autotransformador. El esquema planteado en este artículo utiliza electrónica de potencia para la conexión del Autotransformador así como para la conexión del bypass por lo que este esquema es mucho más caro que utilizar interruptores electromecánicos. La patente US 20040101079 "Delay-lock-loop with improved accuracy and range" hace referencia a un dispositivo que genera señales de reloj (normalmente cuadradas) retrasadas y/o desfasadas, estas señales son señales de control y nunca de potencia. La patente US 5099202 "Phase shift generator" describe un dispositivo que ante dos pulsos de entrada genera dos pulsos de salida desfasados. No es aplicable a la red de energía eléctrica, ni a altas potencias y ni a tensiones altas.
La patente WO 0176058 "Universal frequency eléctrica! generator" describe un convertidor de potencia; el cual permite variar la velocidad del eje del rotor o la frecuencia de salida independientemente. Su campo de aplicación son las maquinas eléctricas, como los generadores, pero su misión es entregar la potencia generada por el generador a la frecuencia de red (50 ó 60 Hz) ya sea durante perturbaciones o en régimen permanente, es decir no esta diseñado para generar variaciones de frecuencia. Por otro lado, únicamente es aplicable en sistemas de baja tensión.
La patente WO 2005046048 "Frequency generator" describe un dispositivo para obtener una señal cuadrada de alta frecuencia a partir de una señal de baja frecuencia. Este dispositivo genera señales de reloj de baja potencia.
La patente WO 2005099063 "Method for operating a frequency converter of a generator and wind energy turbine having a generator operated according to the method" hace referencia a un método para operar un convertidor conectado a un generador de energía, como una turbina eólica, durante huecos de tensión o en operaciones normales de funcionamiento para regular el convertidor.
La patente US 6185264 "Apparatus and method for frequency shift keying" es un equipo utilizado en la transmisión de datos sobre una onda portadora. Esta señal es introducida a una frecuencia determinada. La patente ES 2308918 "Equipo generador de huecos de tensión" presenta un equipo destinado a las pruebas de campo entre generadores eléctricos y el colector de energía, pero adolece del problema de que únicamente es capaz de producir huecos de tensión, no siendo posible probar otro tipo de perturbaciones eléctricas, con lo que únicamente es posible una prueba parcial.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
Para solventar la problemática existente en la actualidad en cuanto a la simulación o ensayo de perturbaciones eléctricas en instalaciones de generación eléctrica se ha ideado el equipo generador de perturbaciones eléctricas objeto de la presente invención, el cual comprende un transformador trifásico o tres monofásicos de tomas variables conectados en serie entre el sistema colector y el generador, encargándose este transformador de realizar sobretensiones, huecos de tensión y saltos de fase, mediante la conmutación de una rama de bypass con una impedancia con la rama que contiene el transformador, disponiendo asimismo en paralelo de una batería de condensadores para realizar sobretensiones con ayuda de una impedancia y/o resistencia serie. Además dispone en paralelo de un transformador reductor conectado a un rectificador, y este a unas resistencias para ensayar variaciones de frecuencia.
Este equipo está preferentemente montado en una plataforma de camión y/o contenedor para dotarlo de la máxima portabilidad, ya que tiene que desplazarse hasta las diferentes centrales de generación de energía. El límite de potencia previsto del equipo a ensayar es de 10 MW, pudiendo este elevarse redimensionando los equipos de que consta (transformador, impedancias, rectificador, ...). El esquema consta de un transformador trifásico ó de tres monofásicos en paralelo con unas impedancias de tomas variables (resistencias y/o inductancias), para limitar la corriente mientras el transformador está cortocircuitado. Este transformador dispone de tomas variables, lo cuál permite realizar ensayos de huecos de tensión y/o sobretensiones a diferentes niveles de tensión. Por otro lado dispone, conectado en paralelo con el equipo a ensayar, de una batería de condensadores que permite la realización de sobretensiones y saltos de fase.
Para realizar ensayos de frecuencia dispone de un transformador reductor conectado en paralelo, conectado a un rectificador y a unas resistencias. El principio del ensayo de frecuencias consiste en dejar el equipo a ensayar en isla, es decir, desconectado de la red, y demandar la potencia requerida para aumentar/disminuir la frecuencia.
El campo de aplicación de este dispositivo es el ensayo de equipos generadores de alta y baja potencia conectados en media ó baja tensión frente a perturbaciones en la red.
Este equipo generador de perturbaciones eléctricas que se presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles en la actualidad siendo la más importante que tiene una completa versatilidad, permitiendo ensayar equipos de generación eléctrica frente a huecos de tensión, sobretensiones, variaciones de frecuencia y saltos de fase.
Además, otra ventaja añadida es que para la realización de los ensayos de sobretensión, desfase y subtensión utiliza interruptores electromecánicos de vacío, más rápidos que los de SF6 convencionales utilizados con lo que se limita el tiempo que el transformador está sometido a sobrecorrientes y abarata el coste del dispositivo comparado con el uso de interruptores electrónicos.
Otra ventaja de este equipo es que el ensayo de desfases no requiere la realización de un hueco de tensión. Es importante destacar otra ventaja que supone la no utilización de electrónica de potencia ya que de este modo, el dispositivo dispone de una mayor fiabilidad ante fallos debido a que los equipos electrónicos son muy susceptible de fallo a las elevadas tensiones y potencias que se presentan durante el ensayo. Por último no debemos dejar de resaltar la innegable ventaja que supone la posibilidad de ir montado sobre camión, dotándole de gran movilidad para propiciar las pruebas de campo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Para comprender mejor el objeto de la presente invención, en el plano anexo se ha representado un ejemplo de realización práctica preferencial de un equipo generador de perturbaciones eléctricas. En dicho plano la figura -1- muestra un diagrama de bloques unifilar simplificado. La figura -2- muestra un diagrama de bloques unifilar simplificado de una realización alternativa simplificada.
El equipo generador de perturbaciones eléctricas objeto de la presente invención, comprende básicamente, como puede apreciarse en el plano anexo, los siguientes elementos: · un transformador (1) trifásico de tomas variables conectado en serie entre el sistema generador (2) de energía eléctrica y la red de energía (3) conectado a sendos armarios de conexión (4,5) que permiten realizar distintos tipos de conexión del dispositivo y conectar las fases necesarias. un banco trifásico de impedancias (6) con distintas tomas, un banco trifásico de resistencias (7) con distintas tomas, un transformador reductor (21) y un rectificador (22) colocado en paralelo entre sistema generador (2) y la red de energía (3), y en serie con las resistencias (7), unos interruptores monofásicos de vacío (8) colocados en serie con el banco de impedancias (6) y el de resistencias (7) para su conexión por separado o combinados con el transformador (1) y asimismo en serie entre el sistema generador (2) y la red de energía (3), • un interruptor by-pass (9) del banco de impedancias trifásicas para conexión directa de la red de energía (3) con el sistema generador (2),
• unos interruptores seccionadores (10) y (11) del banco trifásico de impedancias (6) para poder operar las tomas de las impedancias de manera segura,
• un interruptor automático (12) y un interruptor seccionador (13) del banco trifásico de resistencias (7) utilizado para operar con seguridad las tomas de las resistencias,
• un armario de conexión (23) entre las resistencias (7) el rectificador (22) y el interruptor automático (12),
• unos interruptores automáticos (14) y (15) de conexión del transformador (1) para operar las tomas del transformador de manera segura, y poder realizar los diferentes tipos de ensayos,
• un interruptor de acoplamiento/desacoplamiento (16) situado en la salida del equipo de ensayos a la red de energía (3),
• un transformador de servicios auxiliares (17) y
• los oportunos equipos de control, medida y comunicaciones (18), alimentados desde el transformador de servicios auxiliares (17).
• una batería de condensadores (20) en la entrada del sistema generador (2)
• interruptor de conexión (19) de dicha batería de condensadores (20).
El armario de conexión (4) del transformador (1) al sistema generador (2) y el armario de conexión (5) del transformador (1) al sistema colector (3) permiten la conexión de una, dos o tres fases para realizar ensayos monofásicos, bifásicos ó trifásicos, y su conexión invertida. Además el equipo dispone de medidas de protección para el transformador que lo desconectan ante una falla interna en los devanados del transformador (1).
El equipo generador de perturbaciones permite generar perturbaciones trifásicas, bifásicas y monofásicas con la tensión y duración deseada, como huecos de tensión de hasta el 100 % de profundidad, sobretensiones de hasta 173%, saltos de fase de hasta 35° y variaciones de frecuencia. Todos estos ensayos pueden tener una duración variable desde 50 ms en adelante y permite reproducir ensayos en niveles de tensión a partir de 500 V, conectándose directamente a los bornes del sistema de generación eléctrica.
Montado en una unidad móvil, como por ejemplo un camión o un remolque, permite realizar el ensayo directamente en la ubicación de explotación del generador sin perturbar el funcionamiento normal del resto de elementos que constituyen la instalación. Permite conectarse directamente a sistemas de generación de energía cuya tensión de generación este por encima de 500 V y con potencias nominales por encima de 100 kW.
Este equipo generador de perturbaciones se caracteriza por un procedimiento característico de ensayos mediante distintas combinaciones de las conexiones del transformador (1) en los armarios (4) y (5), junto con distintas conexiones de los bancos de impedancias (6) y resistencias (7) mediante distintas posiciones en los distintos interruptores.
Para realizar ensayos de sobretensión y huecos de tensión mediante el transformador (1) conectado en serie entre la red de energía (3) y el generador (2), en un primer paso se abren y ponen a tierra los interruptores (10) y (11) ó (12) y (13), según se vayan a realizar con impedancias (6) de preinserción ó resistencias (7) de preinserción respectivamente, y se selecciona la toma de resistencia (7) y/o impedancia (6) deseada, a continuación en un segundo paso se abren y ponen a tierra los interruptores (14) y (15) para seleccionar la toma del transformador y maniobrar los armarios de conexión (4) y (5) de forma segura, en un tercer paso se conectan 1, 2 ó 3 fases de los armarios de conexión (4) y (5) según el ensayo sea monofásico, bifásico o trifásico, y se selecciona la toma del transformador (1) en el armario (5) según corresponda para obtener la tensión deseada, posteriormente en un cuarto paso se cierran los interruptores (10) y (11) ó (12) y (13), y se abre el interruptor de by-pass del banco de impedancias (9) para reducir la corriente de cortocircuito que circulará por el transformador (1), a continuación para realizar el ensayo en un quinto paso se cierran los interruptores de conexión del transformador (14) y (15), para finalmente en un sexto paso abrir las fases correspondientes del interruptor (8) según el ensayo sea monofásico, bifásico o trifásico.
El ensayo de salto de fase de 30° se realiza de la misma manera que en el caso de sobretensiones, salvo que en este caso se utiliza el transformador (1) conectado en estrella-triángulo. Los ensayos de salto de fase diferentes de 30° se realizan mediante el transformador (1) conectado en serie entre la red eléctrica (3) y el generador (2), conectando en un primer paso el transformador (1) en estrella-triángulo para a continuación en un segundo paso seleccionar la toma de impedancia (6) y/o resistencia (7) para obtener el desfase deseado, continuando con un tercer paso en el que se cierran los interruptores (10) y (11) ó (12) y (13), y a continuación en un cuarto paso se abre el interruptor de bypass del banco de impedancias (9) y finalmente para realizar el ensayo en un quinto paso se cierran los interruptores de conexión del transformador (14) y (15) . Para realizar sobretensiones mediante la batería de condensadores (20), en un primer paso se selecciona la toma de la impedancia (6) deseada para limitar la potencia de cortocircuito en el punto de ensayo, y así permitir que con una menor capacidad (valor óhmico) se pueda elevar la tensión al conectar el interruptor de conexión (19) de la batería de condensadores, a continuación en un segundo paso se abre el interruptor de by pass de las impedancias (9) y posteriormente en un tercer paso se cierra el interruptor de la batería de condensadores (19). Para realizar huecos de tensión con resistencias mediante el método de divisor inductivo, en un primer paso se selecciona el valor de resistencia (7) para obtener la profundidad de hueco deseada y la toma de las impedancias (6) necesaria para limitar la corriente de cortocircuito e inmunizar el ensayo de la red, a continuación en un segundo paso se desconecta el armario de conexión (5) tanto del transformador (1) como del interruptor (15) y se cortocircuitan las fases en las que se desea realizar el hueco de tensión, prosiguiendo con un tercer paso con la conexión en el armario de conexión (23) entre las resistencias (7) y el interruptor (12), para continuar en un cuarto paso en el que se abre el interruptor de bypass (9) del banco de impedancias (6) para conectarlas, finalizando con un paso en el que se realiza el ensayo cerrando el interruptor (12).
El ensayo de tensión residual cero se realiza de la misma manera que en el caso de huecos de tensión con resistencias (7), pero desconectando en el armario de conexión (23) la conexión entre el interruptor (12) y el banco de resistencias (7) y cortocircuitando las fases en que se desea realizar el hueco de tensión.
El ensayo de huecos de tensión de poca profundidad y larga duración se puede realizar conectando en serie el transformador (1) y el banco de resistencias (7), y estos en paralelo entre la red de energía (3) y el generador (2). Para ello en un primer paso se selecciona la toma de la impedancia (6) para limitar la corriente de cortocircuito, y la toma de la resistencia (7) y del transformador (1) para ajustar la tensión residual, a continuación en un segundo paso en el armario de conexión (4) se conectan las fases en las que se desee realizar el hueco, y en el armario de conexión (5) se conecta el transformador (1) con la rama de las resistencias (7) y únicamente las fases en las que se desea realizar la falta, en el armario de conexión (23) se desconecta el banco de resistencias del interruptor (12) y del rectificador (falta) y se cortocircuitan las ramas donde se desee realizar el hueco de tensión para poder realizar huecos monofásicos, bifásicos y trifásicos, a continuación en un tercer paso se abren los interruptores (14), (12), (13) y (15), para proseguir con un cuarto paso en el que se procede a abrir el interruptor bypass (9) del banco de impedancias para conectar las ¡mpedancias (6) y así aislar la red del hueco de tensión para finalizar con un quinto paso en el que se cierra el interruptor (14) para realizar el hueco de tensión.
El ensayo de huecos de tensión se puede también realizarse conectando únicamente el transformador (1) en paralelo entre la red de energía (3) y el generador (2), para ello en un primer paso se selecciona la toma de la impedancia (6) para limitar la corriente de cortocircuito, y la toma del transformador (1) para ajustar la tensión residual, después en un segundo paso en el armario de conexión (4) se conectan las fases en las que se desee realizar el hueco, y en el armario de conexión (5) se desconectan las fases del banco de resistencias (7) y se cortocircuitan las fases donde se desea realizar el hueco de tensión para poder realizar huecos monofásicos, bifásicos y trifásicos, a continuación en un tercer paso se procede a abrir el interruptor bypass del banco de ¡mpedancias (9) para conectar las ¡mpedancias (6) y así aislar la red del hueco de tensión, y en un cuarto paso se realiza el hueco de tensión cerrando el interruptor (14).
Para realizar los ensayos de frecuencia en un primer paso en el armario de conexión (23) se realiza la conexión entre las resistencias (7) y el rectificador (22), dejando abiertos los interruptores (12), (13), (14) y (15), prosiguiendo en un segundo paso a la conexión del transformador reductor (21), el cual está en serie con el rectificador (22) y en paralelo con la red de energía (3) y el generador (2), a continuación en un tercer paso se controla el rectificador (22) para que consuma toda la potencia que el generador (2) esté suministrando, y en un momento dado, en un cuarto paso, se abre el interruptor (8) dejando así al generador (2) en isla (desconectado de la red), para finalizar con un quinto paso en el que se controla el rectificador (22) para que demande más/menos potencia del generador (2) con lo que aumenta/disminuye la frecuencia.
Está prevista una realización alternativa simplificada, en la que se eliminan el transformador reductor (21), el rectificador (22), el armario de conexión (23), la una batería de condensadores (20) y su interruptor de conexión (19), así como las resistencias (7) y sus interruptores asociados (12 y 13) limitándose asimismo el espectro de pruebas a realizar.

Claims

REIVINDICACIONES
1 - Equipo generador de perturbaciones en redes eléctricas, caracterizado porque comprende: un transformador (1) trifásico de tomas variables conectado en serie entre el sistema generador (2) de energía eléctrica y la red de energía (3), mediante sendos armarios de conexión (4,5), un banco trifásico de impedancias (6) con distintas tomas, un banco trifásico de resistencias (7) con distintas tomas, unos interruptores monofásicos de vacío (8) colocados en serie con el banco de impedancias (6) y el de resistencias (7) para su conexión por separado o combinados con el transformador (1) y asimismo en serie entre el sistema generador (2) y la red de energía (3), un interruptor by-pass (9) del banco de impedancias trifásicas para conexión directa de la red de energía (3) con el sistema generador (2), unos interruptores seccionadores (10) y (11) del banco trifásico de impedancias (6) para poder operar las tomas de las ¡impedancias y/o resistencias de manera segura, un interruptor automático (12) y un interruptor seccionador (13) del banco trifásico de resistencias (7) utilizado para operar con seguridad las tomas de las resistencias, unos interruptores automáticos (14) y (15) de conexión del transformador (1) para operar las tomas del transformador de manera segura, y poder realizar los diferentes tipos de ensayos, un interruptor de acoplamiento/desacoplamiento (16) situado en la salida del equipo de ensayos a la red de energía (3), un transformador de servicios auxiliares (17) y los oportunos equipos de control, medida y comunicaciones (18), alimentados desde el transformador de servicios auxiliares (17).
2 - Equipo generador de perturbaciones, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende: un transformador reductor (21) y un rectificador (22) colocado en paralelo entre sistema generador (2) y la red de energía (3), y en serie con las resistencias (7), un armario de conexión (23) entre las resistencias (7) y el rectificador (22) y el interruptor automático (12), una batería de condensadores (20) en la entrada del sistema generador (2), junto con un interruptor de conexión (19) de dicha batería de condensadores (20).
3 - Equipo generador de perturbaciones, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el armario de conexión (4) del transformador (1) al sistema generador (2) permite la conexión de una, dos o tres fases para realizar ensayos monofásicos, bifásicos ó trifásicos, así como realizar conexión en estrella y en triángulo y su conexión invertida.
4 - Equipo generador de perturbaciones, según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque el armario de conexión
(5) del transformador (1) al sistema colector (3) permite la conexión de una, dos o tres fases para realizar ensayos monofásicos, bifásicos ó trifásicos, así como realizar conexión en estrella y en triángulo y su conexión invertida. 5 - Procedimiento de ensayo utilizando un equipo generador de perturbaciones eléctricas como el descrito en las anteriores reivindicaciones caracterizado porque realiza ensayos de sobretensión, huecos de tensión, saltos de fase, tensión residual cero, mediante distintas combinaciones de las conexiones del transformador (1) en los armarios (4) y (5), junto con distintas conexiones de los bancos de impedancias (6) y resistencias (7) mediante distintas posiciones en los distintos interruptores.
6 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque para realizar ensayos de sobretensión y huecos de tensión mediante el transformador (1) conectado en serie entre la red de energía (3) y el generador (2), en un primer paso se abren y ponen a tierra los interruptores (10) y (11) ó (12) y (13), según se vayan a realizar con impedancias (6) de preinserción ó resistencias (7) de preinserción respectivamente, y se selecciona la toma de resistencia (7) y/o impedancia (6) deseada, a continuación en un segundo paso se abren y ponen a tierra los interruptores (14) y (15) para seleccionar la toma del transformador y maniobrar los armarios de conexión (4) y (5) de forma segura, en un tercer paso se conectan 1, 2 ó 3 fases de los armarios de conexión (4) y (5) según el ensayo sea monofásico, bifásico o trifásico, y se selecciona la toma del transformador (1) en el armario (5) según corresponda para obtener la tensión deseada, posteriormente en un cuarto paso se cierran los interruptores (10) y (11) ó (12) y (13), y se abre el interruptor de by-pass del banco de impedancias (9) para reducir la corriente de cortocircuito que circulará por el transformador (1), a continuación para realizar el ensayo en un quinto paso se cierran los interruptores de conexión del transformador (14) y (15), para finalmente en un sexto paso abrir las fases correspondientes del interruptor (8) según el ensayo sea monofásico, bifásico o trifásico.
7 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque el ensayo de salto de fase de 30° se realiza de la misma manera que en el caso de sobretensiones, salvo que en este caso se utiliza el transformador (1) conectado en estrella-triángulo.
8 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque los ensayos de salto de fase diferentes de 30° se realizan mediante el transformador (1) conectado en serie entre la red eléctrica (3) y el generador (2), conectando en un primer paso el transformador (1) en estrella-triángulo para a continuación en un segundo paso seleccionar la toma de impedancia (6) y/o resistencia (7) para obtener el desfase deseado, continuando con un tercer paso en el que se cierran los interruptores (10) y (11) ó (12) y (13), y a continuación en un cuarto paso se abre el interruptor de bypass del banco de impedancias (9) y finalmente para realizar el ensayo en un quinto paso se cierran los interruptores de conexión del transformador (14) y (15) .
9 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque para realizar sobretensiones mediante la batería de condensadores (20), en un primer paso se selecciona la toma de la impedancia (6) deseada para limitar la potencia de cortocircuito en el punto de ensayo, y así permitir que con una menor capacidad (valor óhmico) se pueda elevar la tensión al conectar el interruptor de conexión (19) de la batería de condensadores, a continuación en un segundo paso se abre el interruptor de by pass de las impedancias (9) y posteriormente en un tercer paso se cierra el interruptor de la batería de condensadores (19).
10 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque para realizar huecos de tensión con resistencias mediante el método de divisor inductivo, en un primer paso se selecciona el valor de resistencia (7) para obtener la profundidad de hueco deseada y la toma de las impedancias (6) necesaria para limitar la corriente de cortocircuito e inmunizar el ensayo de la red, a continuación en un segundo paso se desconecta el armario de conexión (5) tanto del transformador (1) como del interruptor (15) y se cortocircuitan las fases en las que se desea realizar el hueco de tensión, prosiguiendo con un tercer paso con la conexión en el armario de conexión (23) entre las resistencias (7) y el interruptor (12), para continuar en un cuarto paso en el que se abre el interruptor de bypass (9) del banco de impedancias para conectar las impedancias (6), finalizando con un paso en el que se realiza el ensayo cerrando el interruptor (12). 11 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque el ensayo de tensión residual cero se realiza de la misma manera que en el caso de huecos de tensión con resistencias (7), pero desconectando en el armario de conexión (23) la conexión entre el interruptor (12) y el banco de resistencias (7) y cortocircuitando las fases en que se desea realizar el hueco de tensión.
12 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque el ensayo de huecos de tensión de poca profundidad y larga duración se puede realizar conectando en serie el transformador (1) y el banco de resistencias (7), y estos en paralelo entre la red de energía (3) y el generador (2). Para ello en un primer paso se selecciona la toma de la impedancia (6) para limitar la corriente de cortocircuito, y la toma de la resistencia (7) y del transformador (1) para ajustar la tensión residual, a continuación en un segundo paso en el armario de conexión (4) se conectan las fases en las que se desee realizar el hueco, y en el armario de conexión (5) se conecta el transformador (1) con la rama de las resistencias (7) y únicamente las fases en las que se desea realizar la falta, en el armario de conexión (23) se desconecta el banco de resistencias del interruptor (12) y del rectificador (falta) y se cortocircuitan las ramas donde se desee realizar el hueco de tensión para poder realizar huecos monofásicos, bifásicos y trifásicos, a continuación en un tercer paso se abren los interruptores (14), (12), (13) y (15), para proseguir con un cuarto paso en el que se procede a abrir el interruptor bypass (9) del banco de impedancias para conectar las impedancias (6) y así aislar la red del hueco de tensión para finalizar con un quinto paso en el que se cierra el interruptor (14) para realizar el hueco de tensión.
13 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque el ensayo de huecos de tensión se puede también realizarse conectando únicamente el transformador (1) en paralelo entre la red de energía (3) y el generador (2), para ello en un primer paso se selecciona la toma de la (6) para limitar la corriente de cortocircuito, y la toma del transformador (1) para ajustar la tensión residual, después en un segundo paso en el armario de conexión (4) se conectan las fases en las que se desee realizar el hueco, y en el armario de conexión (5) se desconectan las fases del banco de resistencias (7) y se cortocircuitan las fases donde se desea realizar el hueco de tensión para poder realizar huecos monofásicos, bifásicos y trifásicos, a continuación en un tercer paso se procede a abrir el interruptor bypass del banco de impedancias (9) para conectar las impedancias (6) y así aislar la red del hueco de tensión, y en un cuarto paso se realiza el hueco de tensión cerrando el interruptor (14). 14 - Procedimiento de ensayo, según la reivindicación 5, caracterizado porque el ensayo de frecuencia en un primer paso en el armario de conexión (23) se realiza la conexión entre las resistencias (7) y el rectificador (22), dejando abiertos los interruptores (12), (13), (14) y (15), prosiguiendo en un segundo paso a la conexión del transformador reductor (21), el cual está en serie con el rectificador (22) y en paralelo con la red de energía (3) y el generador (2), a continuación en un tercer paso se controla el rectificador (22) para que consuma toda la potencia que el generador (2) esté suministrando, y en un momento dado, en un cuarto paso, se abre el interruptor (8) dejando así al generador (2) en isla (desconectado de la red), para finalizar con un quinto paso en el que se controla el rectificador (22) para que demande más/menos potencia del generador (2) con lo que aumenta/disminuye la frecuencia.
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