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Title:
DEVICE FOR CONTROLLING POWER IN AN ELECTRIC NETWORK
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/177388
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a network control device intended for three-phase and single-phase installations, including a reactance and a power control module. The reactance comprises: a secondary winding that is connected in series with a load of the installation and with an output of the electric network; and a primary winding with multiple inputs, on which the flow of energy is controlled with the power stage. The control module comprises at least one control element connected so as to supply the output of the electric network and having the signals required to control the power module that modifies the parameters of the electric network.

Inventors:
PASCUAL DELGADO RAFAEL (ES)
RIVAS CORPAS JUAN MANUEL (ES)
Application Number:
PCT/ES2015/070360
Publication Date:
November 26, 2015
Filing Date:
May 04, 2015
Export Citation:
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Assignee:
UNEKO INNOVACIÓN S L (ES)
International Classes:
H02J3/12; G05F1/14; H02J3/18
Foreign References:
KR100797054B12008-01-22
GB2307567A1997-05-28
US5808454A1998-09-15
KR100926968B12009-11-17
JP2002218652A2002-08-02
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
PONS ARIÑO, Angel (ES)
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Claims:
R E I V I N D I C A C I O N E S

1 . - Dispositivo (1 ) de control de potencia en red eléctrica caracterizado por que comprende:

- una reactancia que a su vez comprende:

- un bobinado secundario que está conectado en serie a una carga de la instalación y a una salida de la red eléctrica, y

- un bobinado primario con varias entradas sobre la que se controla el flujo de energía con la etapa de potencia, y

- un módulo de control (2) de potencia que a su vez comprende:

- al menos un elemento de control conectado para su alimentación a la salida de la red eléctrica y que presenta las señales necesarias para controlar el módulo de potencia que modificará los parámetros de la red eléctrica.

2. - Dispositivo (1 ) según la reivindicación 1 , donde el dispositivo (1 ) es un transformador y está caracterizado por que comprende al menos una bobina electromagnética con una relación de transformación comprendida entre 2/1 y 30/1 .

3. - Dispositivo (1 ) según reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el bobinado primario comprende una serie de conexiones que divide el bobinado en varias secciones.

4. - Dispositivo (1 ) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado por que el módulo de potencia comprende al menos un conjunto de semiconductores de potencia.

Description:
DISPOSITIVO DE CONTROL DE POTENCIA EN RED ELÉCTRICA

D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo de control de red destinado a instalaciones trifásicas y monofásicas. Más concretamente, la invención se enmarca en el campo de control de red eléctrica, especialmente en tareas de estabilización de la tensión de red, filtrado de ruidos eléctricos, para evitar picos de tensión, y atenuación de picos de sobre-intensidad transitoria. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La sociedad y la industria presentan un gran número de equipamientos electrónicos de diversas generaciones, como aquellos vinculados al control de procesos, accionamiento, procesamiento de datos, comunicaciones y transmisión de información, dispositivos domésticos, comerciales y de entretenimiento.

Por otra parte, el uso extendido y progresivo de fuentes alternativas de energía renovable, como la eólica y la solar, hace uso de generadores con inversores con esquemas híbridos en muchos casos conectados a las redes de distribución. El proceso de conversión necesario conlleva siempre una eventual generación de armónicos.

Una insuficiente calidad en el suministro de la energía eléctrica afecta, en mayor o menor grado, a otras tecnologías y procesos industriales, donde las pérdidas económicas que se generan por este concepto pueden llegar a ser muy importantes. En este sentido, con parámetros de tensión diferentes a los nominales o de trabajo, ocurre una aceleración del envejecimiento del aislamiento de los equipos eléctricos como consecuencia de un calentamiento intensivo y, en una serie de casos, como resultado del reforzamiento de procesos de ionización; todo ello se deriva en una intensificación de las tasas de averías.

Asimismo, las desviaciones de tensión eléctrica conllevan un aumento del calentamiento de motores eléctricos con momentos constantes de carga (carga tipo transportador, elevador etc.), acelerando el envejecimiento del aislamiento, y un derroche de energía. Por ejemplo, una elevación de la tensión por encima de la tensión nominal conlleva una disminución del tiempo de vida útil de lámparas y un mayor consumo que puede llevar a averías o incremento en los costos de operación y mantenimiento que, al final, redundan en el cliente final con cuantiosas pérdidas.

Por otra parte, la asimetría en la tensión también conlleva al calentamiento adicional del equipamiento de fuerza y disminuye su vida útil y aumenta el consumo. Este defecto también influye negativamente en el funcionamiento de algunos esquemas de protecciones por relés, provocando operaciones erráticas y provocando un mal funcionamiento de equipos alimentados por energía eléctrica. La aparición de variaciones rápidas en la asimetría de las tensiones trifásicas conllevan a la variación de los momentos de torque en los motores eléctricos, lo que es causa de aparición de esfuerzos adicionales en las cabezas de las bobinas de las máquinas, su vibración y tensiones de fatiga en elementos mecánicos constructivos del propio motor y el accionamiento, lo que trae como resultado una disminución de su tiempo de vida y considerables picos de consumo.

Las variaciones de la tensión actúan de diferente manera en los distintos tipos de equipamiento eléctrico. Por ejemplo, en las baterías de condensadores utilizados para la compensación de potencia reactiva, provoca procesos transitorios que conducen a la sobrecarga de los condensadores por corriente y, en casos, por tensión, como resultado de lo cual la batería puede quedar fuera de servicio, donde el período que tarda la batería en pasar de servicio a fuera de servicio puede ser más o menos largo en función de la magnitud de la perturbación: cuanto mayor es la magnitud, menor es el período.

En el caso de los motores, las variaciones de tensión conducen al calentamiento adicional y a la variación del momento con respecto del eje. Los bajones de tensión para los motores asincrónicos tienden a frenarlos y a necesitar de eventuales procesos de re-arranque, pudiendo llegar a situaciones de disparo de protecciones, sobretodo, cuando se trabaja con grupos de motores simultáneamente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un dispositivo de control de energía de la red eléctrica sobre una instalación cuya carga viene de dicha red y será variable, lo que modifica en todo momento los parámetros de la misma. El dispositivo de control aquí descrito dispone de una etapa de lectura y análisis de la red, y una etapa de actuación sobre los circuitos de potencia, los cuales se encargan de modificar los parámetros de la red, ajusfándola voltio a voltio y no por escalones programados. Estos circuitos pueden componerse de al menos una bobina electromagnética y un juego de dispositivos de electrónica de potencia, reduciendo así el volumen utilizado y haciéndolo aplicable a cualquier tipo de receptores.

El dispositivo objeto de la invención permite controlar la totalidad de la intensidad aplicada mediante actuación sobre un porcentaje de la misma, permitiendo que los eventuales aparatos receptores que se alimentan de ésta consuman la potencia que realmente tienen que consumir, cuando entregan una determinada potencia, y alargar así la vida útil de los mismos.

El propósito de la presente invención, es poder ajusfar la tensión de red a un rango mucho más estable con posibilidad de ajustar la tensión de red con un margen muy pequeño de error, en el orden de centenas de milivoltio.

El dispositivo de la siguiente invención consigue que la potencia y/o tensión de la red eléctrica de entrada a una instalación sea totalmente estable, además de reducir un gran porcentaje de ruidos entrantes, producidos por el alto número de sistemas electrónicos conectados a las redes de distribución. Para ello el dispositivo de control de potencia en red eléctrica de la invención dispone de dos elementos principales una reactancia y un módulo de control de potencia. La reactancia comprende:- un bobinado secundario que está conectado en serie con una carga de la instalación y con una salida de la red eléctrica, y un bobinado primario con varias entradas sobre la que se controla el flujo de energía con la etapa de potencia; mientras que el módulo de control de potencia comprende al menos un elemento de control conectado para su alimentación a la salida de la red eléctrica y que presenta las señales necesarias para controlar el módulo de potencia que modificará los parámetros de la red eléctrica.

Como topología predeterminada, el dispositivo aquí descrito hace uso de al menos un estabilizador tipo "booster" y de una etapa de control de potencia basada en semiconductores que hacen que una vez instalados se pueda chequear y gestionar la entrada de red de cualquier instalación, para posteriormente controlarla y ajustaría a los parámetros indicados. Una opción recomendada también se basaría en la posibilidad de añadir un componente de control de salida para chequear y comprobar la salida del dispositivo que va hacia la instalación; de manera que se puede ajustar o modificar la operación de circuito, o incluso anularlo, si el componente de control muestra datos que así lo requieran, como por ejemplo valores bajos que no son de utilidad para la instalación eléctrica a la entrada de la cual se encuentra conectada la salida del dispositivo objeto de la invención. DESCRIPCIÓN DE FIGURAS

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de gráficos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

FIG. 1 Muestra un diagrama del estabilizador tipo "booster".

FIG. 2 Muestra un diagrama del circuito basado en semiconductores utilizado para la gestión y control.

FIG. 3 Muestra una gráfica donde se aprecia la regulación de potencia aplicada. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Seguidamente se describe, con ayuda de las figuras anteriormente mencionadas, un ejemplo detallado de una realización preferente de la presente invención, a partir de unos ensayos realizados por los inventores, que ponen de manifiesto la efectividad del dispositivo para control de potencia en red eléctrica de la invención.

En una realización preferente se tiene una topología de dispositivo (1 ) para control de potencia en red eléctrica se tiene que, como la que se observa en la figuras 1 y 2, el dispositivo (1 ) de control de potencia en red eléctrica objeto de la invención hace uso de un circuito estabilizador tipo "booster" como el mostrado en la figura 1. En este tipo de estabilizador, la corriente total de una carga no circula por los elementos de conmutación (los cuales en una implementación preferente son Triacs), sino que circula sólo una fracción proporcional de la misma.

Cuando una eventual elevación ó reducción de tensión de entrada (7), la cual se encuentra asociada a un interruptor electromagnético (5), tiene lugar en un transformador cuyo bobinado secundario está en serie con la línea y la carga, se consigue una regulación de tensión de salida (8) controlando el sentido del flujo energético en el bobinado primario.

La propia inductancia del transformador puede ejercer como factor de atenuación en reducción de posibles ruidos de línea y picos transitorios.

Para poder controlar y gestionar la forma final de la onda (1 ), se hace uso de conmutaciones para recortar periódicamente la tensión sinusoidal en sectores más pequeños, lo que permite, finalmente, regular la potencia aplicada a la carga de forma precisa.

Generalmente, este proceso se consigue, tal y como se aprecia en la figura 3, recortando la onda, de modo que cada semionda sinusoidal de red corresponde a una conducción de 180° (360° para un ciclo completo), de modo que, retardando la conexión de 180° a 0 o se consigue regular la potencia aplicada a la carga del 0 al 100%. A este valor de retardo en el ángulo de fase se le llama «ángulo de retardo» y se indica normalmente con la letra α (alfa). En algunos casos se habla también del «ángulo de conducción», que corresponde al valor 180°-a.

En este sentido, se tiene que el dispositivo (1 ) de gestión aquí descrito se compone de al menos una reactancia que puede ser unipolar o con forma de transformador, con una relación de transformación desde 2/1 a 30/1 , dependiendo de la necesidad, y cuyo bobinado secundario está dispuesto en serie con una carga de la instalación eléctrica en la cual se instala el dispositivo (1 ), y con un bobinado primario que comprende vahas entradas y que puede comprender una serie de conexiones que divide el bobinado en vahas secciones. El sistema regulará el efecto en la instalación dependiendo de cómo actúen sobre dichas entradas los elementos de electrónica de potencia (2). Esta etapa de control puede adoptar diversas topologías en función de la necesidad concreta de cada instalación, cuya función común es regular el flujo energético en el primario del transformador, la cual se encuentra conectada con la etapa de control en lazo cerrado (7).

El modulo de potencia dispone de una señal de control para cada dispositivo de una fase, por lo que la etapa de control y regulación puede actuar independientemente sobre cada una de las fases sin alterar a las restantes. Dicho módulo, dependiendo de las necesidades y del tipo de instalación podrá tener a su vez subetapas que permitan controlar el flujo energético bidireccionalmente, obteniendo en la salida una reducción o una elevación de tensión según se necesite. Tal y como se observa en la figura 2, el módulo de control (2) se puede encontrar asociado a un elemento de apagado (9) destinado a apagar el dispositivo (1 ) o el módulo de control (2) cuando se determina que la tensión se encuentra suficientemente por encima o por debajo de respectivos umbrales superior e inferior de tensión predeterminados.

Finalmente se puede disponer de un módulo de lectura (1 1 ) de tensión ubicado antes de la salida (8) y destinado a realizar una supervisión de la tensión que se hace llegar a la instalación para verificar la misma o para realizar ajustes en el control si ésta no es la deseada.

En una posible realización alternativa de la invención, se puede disponer de una serie de filtros contra ruidos eléctricos (3) y una serie de filtros contra picos transitorios (4), filtros (3,4) que se encuentran dispuestos en paralelo y respectivamente conectados a neutro (5) y a tierra (6).

En una posible realización todavía más alternativa se tiene el dispositivo (1 ) configurado como transformador y comprende al menos una bobina electromagnética, presentando una relación de transformación comprendida entre 2/1 y 30/1 .