La presente invención se refiere a un dispositivo para generar perturbaciones en una red eléctrica basada en un divisor de tensión inductivo matricial configurable. Esta invención se encuadra dentro del sector de la técnica de medidas de variables eléctricas y magnéticas.

Estado de la Técnica.

Los huecos de tensión son caídas bruscas de la tensión causada fundamentalmente por faltas en la red y tienen una naturaleza aleatoria. Los huecos se caracterizan por la magnitud de tensión y duración. También puede provocar saltos en fases de la onda de tensión.

En la actualidad es conocido en el estado del arte la patente española 2.264.882 relativa a un dispositivo generador de huecos de tensión en baja tensión. La solución propuesta se basa en un utilizar un transformador a la salida de la red y la disposición en serie de impedancias. Con este dispositivo se puede analizar 8 tipos diferentes de "huecos de tensión simples (LVRT del inglés "Low voltaje ride through"), es decir, con un flanco de bajada y otro de subida tanto para los huecos trifásicos, bifásico como monofásicos, tal como muestra la figura 7.

También es conocida la patente española 2.263.375 relativa a un dispositivo generador de huecos de tensión. Al igual que en el caso anterior, esta invención tiene por objeto generar huecos de tensión simples trifásicos, bifásico y monofásicos con o sin tierra produciendo 3 variantes de huecos con la ayuda de unos transformadores. Este documento se centra en la baja y media tensión aunque no los define con lo que no es posible conocer los rangos de funcionamiento.

Estas dos anterioridades se limitan a realizar un número limitado de perturbaciones, centradas en huecos de tensión simples, no abarca otras perturbaciones en la red como doble hueco, hueco en escalón, sobretensiones y no contempla la necesidad asociada al transporte de estos dispositivos.

La patente china CN 102129036 mejora las soluciones técnicas anteriores y expone un dispositivo transportable en un contendor estándar de 40 pies de largo (12,192 m) para transporte de mercancías. Este dispositivo se conecta en serie entre la turbina eólica del generador y la red eléctrica y utiliza un banco de inductancias con tomas intermedias en serie, un banco de inductancias con tomas intermedias en paralelo e interruptores estáticos, como tiristores. Combinando las impedancias de las bancadas, esta invención permite realizar huecos simples, así como generar huecos de tensión con recuperación escalonada. El ajuste de los diferentes elementos de este dispositivo se basa en utilizar dispositivos de electrónica de potencia como tiristores y bobinas con tomas intermedias lo cual puede producir problemas de robustez y efectos de saturación magnética. No obstante, esta invención no permite realizar ensayos del comportamiento de un generador ante otras disfuncionalidades, perturbaciones, de la red eléctrica y el dispositivo presenta dificultades en su transporte debido a su gran volumen.

Por último, los rangos de funcionamiento de las anterioridades expuestas no son conocidas con exactitud ya que no definen los rangos de alta, baja y media tensión en la que trabajan.

La nomenclatura que se utiliza en este documento, aceptada en la literatura de electrotecnia, identifica a las tres fases y el neutro de la corriente eléctrica con las letras A, B, C y N para la primera, segunda, tercera fase y neutro.

Por otro lado se utiliza la tipología de huecos utilizada en el artículo ("Different methods for classification of three-phase unbalanced voltaje dips due to faults", artículo publicado por Electric Power Systems Research en 2003 editorial IEEE autor M.H.J. Bollen y L.D. Zhang, tabla 1) los cuales se resumen en 7 tipos de huecos diferentes Tipo A, Tipo B, Tipo C, Tipo D, Tipo E, Tipo F y Tipo G, de las que la invención presentada es capaz de reproducir 5 de ellos, Tipo A, Tipo B, Tipo C, Tipo D y Tipo E.

Explicación de la invención.

El objeto de la presente invención consiste en un dispositivo transportable para generar perturbaciones en una red eléctrica tanto en baja como en media tensión, para conocer la reacción y comportamiento de un equipo eléctrico ya sea generador o consumidor de energía eléctrica ante estas perturbaciones. Estos equipos eléctricos pueden ser aerogeneradores, inversores fotovoltaicos así como otros generadores de energía eléctrica o bien motores o cargas pasivas que requieran las acreditaciones necesarias para poder conectarse a la red de energía pública según las normas de cada país. De esta manera se da respuesta a los requisitos de red impuestos a los equipos generadores de electricidad, en especial los de origen renovable, por parte de organismos oficiales. Para ello, la presente invención genera de manera controlada las diferentes perturbaciones de red a las que han de enfrentarse los generadores eléctricos y que los organismos oficiales de cada país han determinado como prueba válida para determinar su idoneidad, y permitir así la conexión a la red garantizando el suministro de energía con calidad y bajo unos criterios comunes a todos los componentes del conjunto de generación eléctrica. Con esta invención se da respuesta a los siguientes problemas:

• Versatilidad en el funcionamiento. El presente equipo es capaz de adaptarse a diferentes legislaciones, redes, generadores y cargas sin tener que utilizar elementos adicionales. Es decir, puede funcionar en un amplio rango de tensiones y generar un gran número de perturbaciones sin necesidad de añadir elementos adicionales para su funcionamiento, tal y como se expondrá posteriormente.

• Todo el equipo, en especial el divisor de tensiones, está montado en un contenedor estándar, al cual se le acopla un sistema de elevación autónomo lo cual facilita su transporte así como su fácil colocación en las inmediaciones del generador eléctrico, sin necesidad de grúas auxiliares.

• Dentro del contenedor se incluyen todos los elementos necesarios que componen el equipo de control, sondas incluidas, haciendo que este equipo sea compacto. Estos elementos del equipo de control son específicas para la obtención, almacenamiento y seguimiento de las variables de medidas a realizar. Todo el funcionamiento del dispositivo es gestionado desde el equipo de control a través de interruptores mecánicos sin electrónica de potencia, frente a las soluciones anteriores.

• A través del equipo de control, la supervisión y configuración del equipo es realizada por el operario de manera fácil e intuitiva, no siendo necesaria la especialización del trabajador para su manejo.

El dispositivo para generar perturbaciones comprende un divisor de tensión inductivo matricial confígurable, en adelante divisor, al cual opcionalmente se le puede acoplar un conjunto de transformadores, un banco de bobinas adicionales acopladas, y un banco de condensadores y resistencias de manera individual o conjunta, de tal manera que el acoplamiento puede ser:

• Tras el generador así como red eléctrica se ubica el divisor. • Tras el generador así como red eléctrica se ubica el conjunto de transformadores y posteriormente el divisor.

• Tras el generador así como red eléctrica se ubica el banco de condensadores y resistencias y posteriormente el divisor.

• Tras el generador así como red eléctrica se ubica el conjunto de bobinas adicionales acopladas junto con el divisor.

• Tras el generador así como red eléctrica se ubica el conjunto de transformadores y posteriormente el banco de condensadores que conecta con el divisor.

• Tras el generador así como red eléctrica se ubica el conjunto de transformadores y posteriormente el conjunto de bobinas acopladas junto con el divisor.

• Tras el generador así como red eléctrica se ubica el conjunto de transformadores y posteriormente se ubica el banco de condensadores y resistencias y el conjunto de bobinas acopladas junto con el divisor. ivisor se ubica entre el generador eléctrico y la red y comprende:

• Un armario que incluye el equipo de control y seguimiento del divisor y en su caso de los transformadores, bancada de condensadores, bancada de resistencias y bobinas acopladas. Este equipo comprende los siguiente elementos:

o Sistemas de medida de tensión y corriente de entrada y de salida. En este caso, las sondas están compuestas por sondas de tensión basadas en transductores tensión a tensión de efecto Hall que miden la tensión de manera instantánea con una frecuencia de muestreo de al menos 100.000 muestras/segundo y 16 bits de resolución y sondas de corriente basadas en transductores de corriente a tensión del tipo Rogowski que miden la corriente alterna de manera instantánea con una frecuencia de muestreo de al menos 100.000 muestras/segundo y 16 bits de resolución. Todas las sondas están monitorizados por el equipo de control del divisor.

o Sistema de control mediante un controlador lógico programable (PLC) y un interface hombre-máquina (HMI) desde donde el operario puede introducir los parámetros de configuración del equipo, el tipo de hueco, duración del hueco, profundidad del hueco, corriente de cortocircuito del hueco, etc. o Sistema de adquisición de datos, desde donde se pueden visualizar todas las variables medidas y realizar operaciones matemáticas adicionales para calcular parámetros como la potencia, factor de potencia, armónicos, secuencia directa, inversa y homopolar.

o Sistema de almacenamiento de al menos 1 TB en donde se pueden guardar todos los registros de las variables medidas y calculadas para posteriores consultas.

En caso de trabajar en baja tensión, el equipo se acopla directamente al generador. Este equipo incluye una sonda por fase para medir la corriente y tensión de entrada a baja tensión a la entrada del generador así como otras tres sondas de medida de corriente y tensión de salida a alta tensión a la salida de la red. En el caso de que la red sea de media o alta tensión, cada sonda del equipo de control se acopla con la entrada del generador eléctrico tal y como se expone en la primera variante a esta realización.

• Una bancada por fase de 6 inductancias representadas como XI a X6. La bancada está formada por un grupo por fase, en total 3 grupos de 6 bobinas. Estas bobinas que conforma las inductancias son de núcleo de aire para evitar saturaciones y pérdida de magnitudes físicas por efecto de la corriente. Estas 18 bobinas tienen por objeto actuar como impedancias y con la ayuda de unos interruptores obtener una determinada corriente de cortocircuito. La relación que existe entre las inductancias y su colocación es X1=X6, 4X1=X2=X5, 8X1=X3=X4. Es decir, siguiendo el orden de colocación la primera (XI) y última (X6) inductancia tienen el mismo valor; el valor de la segunda (X2) y quinta (X5) inductancia es el mismo y corresponde a 4 veces la impedancia de la primera (XI) y última inductancia (X6); la tercera (X3) y cuarta (X4) inductancia tiene un valor de 8 veces el valor de XI y X6.

• 12 seccionadores del valor de la corriente nominal del equipo que actúan como seccionadores de configuración de impedancias que conectan entre si a las 6 inductancias y otros 6 seccionadores del valor de la corriente nominal del equipo que actúan como seccionadores de configuración de tensión.

• 5 interruptores acoplados. 4 de estos interruptores se diferencian de los seccionadores porque son de 1/3 de corriente nominal del equipo que el resto de los seccionadores, ya que se utilizan los tres polos para la misma fase. Además, la utilización de interruptores permite tener asociado una capacidad de apertura ante corriente de cortocircuito elevadas, es decir tiene poder de corte, frente al seccionador que carece de esta capacidad de apertura. El primer interruptor es de cortocircuito siendo este del valor de la corriente nominal del equipo y utilizando cada polo para cada fase, conecta a dos seccionadores del último inductor de la bancada de inductores con otros tres interruptores en paralelo conectando cada una de ellos con una sola fase. Un último interruptor conecta a los tres interruptores en paralelo con el neutro de la red eléctrica.

Con la ayuda del equipo de control, todas las configuraciones y funcionalidades se realizan mediante interruptores mecánicos sin electrónica de potencia, haciendo más robusto el dispositivo. El operario solo introduce los parámetros de configuración desde el HMI y las configuraciones se realizan mediante un PLC. Todos los interruptores son motorizados aumentando la rapidez de configuración y manejabilidad. El sistema de monitorización y almacenamiento de datos está incluido dentro del equipo.

Los 12 seccionadores de configuración de impedancias conectan entre si a las 6 inductancias. Estos seccionadores permiten conectar las diferentes impedancias en paralelo o en serie entre ellas y conseguir una determinada corriente de cortocircuito. De esta manera se consigue 81 corrientes de cortocircuito diferentes. Por otro lado, los otros 6 seccionadores de configuración de tensión se ubican a la entrada del generador y antes del equipo de control y permiten seleccionar el punto de la impedancia donde se quiere obtener la tensión de ensayo, es decir, dividir la impedancia total (Xtotal) de cortocircuito en dos impedancias: impedancia serie e impedancia paralelo.

Mediante los cuatro interruptores acoplados a cada fase y al neutro se selecciona el tipo de hueco a realizar de tal manera que se puede obtener las siguientes configuraciones:

• Cerrando los 3 interruptores de fase se obtiene un hueco trifásico equilibrado.

• Cerrando los interruptores de fase de 2 en 2 se consigue un hueco bifásico aislado.

• Cerrando uno de los interruptores de fase con el interruptor de neutro conectado a la red se obtiene un hueco monofásico a tierra cerrado.

• Cerrando los interruptores de fase de 2 en 2 con el interruptor de neutro conectado a la red se consigue un hueco bifásico a tierra. Las posibles combinaciones de las inductancias (XI a X6) con la ayuda de los seccionadores e interruptores permiten obtener 403 configuraciones diferentes, produciendo 4.030 huecos de tensión diferentes. Estos 4.030 huecos de tensión se diferencian en el tipo de hueco y la profundidad. Estas combinaciones permiten realizar ensayos en los generadores o inversores fotovoltaicos desde 0 kilowatios (kW) hasta 8000kW sin necesidad de cambiar ningún componente en su versión estándar así como con una gama amplia de tensión de conexión sin necesidad de realizar cambio de componentes.

La duración de cada una de las 4.030 configuraciones también es configurable y se realiza controlando el tiempo entre el estado de apertura y apertura, pasando por el cierre del interruptor de cortocircuito. De esta manera, el tiempo es una variable independiente, se pueden configurar la amplitud de la tensión con una precisión del 0,5%, duración del hueco y corriente de cortocircuito para generar:

• huecos de tensión simples configurando una duración mínima de 50 milisegundos (ms) y máxima de 10 segundos (s) frente a las patentes anteriores que llegan a 500ms.

• huecos múltiples, como huecos dobles o en escalón, configurando una duración entre huecos, mínima de 50 ms y máxima de 10 s frente a las patentes anteriores las cuales no los podían realizar así como para los escalones para el hueco escalón.

• huecos múltiples del mismo nivel de tensión con un intervalo de +/-10ms.

• huecos con diferentes niveles de tensión y configurar el tiempo de cada tramo con un error de +/- 10ms.

• Huecos del 0% del valor de la tensión nominal para todos los tipos de huecos. Con todos estos elementos, el divisor puede crear las siguientes perturbaciones:

• Huecos de tensión de cinco tipos:

o Huecos trifásicos equilibrados aislados tipo A. Son huecos de tensión en donde las tres fases tienen el mismo valor en amplitud y el ángulo de fase no sufre cambios. o Huecos de tensión monofásicos a tierra tipo B. Son huecos de tensión en donde una de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud pero no en su ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AN, BN o CN. o Huecos de tensión bifásicos aislados tipo C. Son huecos de tensión en donde dos de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud y ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AB, AC, BC.

o Huecos de tensión bifásicos aislados tipo D. Son huecos de tensión en donde dos de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud y ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AB, AC, BC con la ayuda del módulo de transformadores.

o Huecos de tensión bifásicos a tierra tipo E. Son huecos de tensión en donde dos de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud pero no en su ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AB, AC o BC.

• Fenómenos de anti-isla (Anti-islanding) para el ensayo de las protecciones de los generadores eléctricos con la ayuda de un módulo anti-isla. Este módulo anti isla está formado por el módulo compuesto por las bancadas de resistencias y condensadores con la ayuda de las bobinas del divisor de tensión.

• Fenómenos de sobretensión mediante el uso de un módulo de sobretensión (OVRT del inglés "Over voltage ride through") dando lugar a cuatro tipos de sobretensiones: o Sobretensiones trifásicas equilibradas aisladas. Son sobretensiones en donde las tres fases tienen el mismo valor en amplitud y el ángulo de fase no sufre cambios, o Sobretensiones monofásicas a tierra. Son sobretensiones en donde una de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud pero no en su ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AN, BN o CN.

o Sobretensiones bifásicas aisladas. Son sobretensiones en donde dos de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud y ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AB, AC, BC.

o Sobretensiones bifásicas a tierra. Son sobretensiones en donde dos de las tensiones de fase sufren cambios en su amplitud pero no en su ángulo de fase pudiéndose elegir entre la combinación de fases AB, AC o BC.

La primera variante de esta invención consiste en instalar entre el divisor y la red eléctrica y el generador un conjunto de dos transformadores que permitan adecuar los niveles de tensión de entrada. Este módulo de transformadores adapta y conecta el divisor a una red con niveles de tensión superiores a 690 voltios (V) e inferiores a 35.000 V. Esto es de utilidad para los aerogeneradores que generalmente tienen ubicado el transformador de salida en la parte alta de la torre con una tensión de trabajo inferior a 35.000 V y es necesario bajar la tensión a la tensión de funcionamiento del generador la cual es 690 V. También puede ser de aplicación en granjas solares o inversores fotovoltaicos donde la variedad de tensiones es muy diversa y el módulo de transformadores permite conectar el dispositivo a cualquier tensión hasta 690 V sin necesidad de realizar ninguna adaptación de tensión. El transformador de entrada es un transformador de alta o media tensión a 690V trifásico y con conexión estrella-estrella de 8000 kW y con su interruptor de protección asociado. Por otro lado, el transformador de salida es un transformador para elevar la tensión de 690V a un valor de medio o alta tensión con conexión confígurable en el lado de baja tensión y conexión en estrella en el lado de alta tensión. La conexión confígurable permite conectar los bobinados del transformador en estrella o en triangulo, de manera automática y motorizada mediante los interruptores seccionadores asociados. Esta posibilidad de conexión te permite realizar los siguientes tipos de huecos.

• Huecos bifásicos tipo C cuando la conexión es en estrella.

· Huecos bifásicos tipo D cuando la conexión es en triangulo.

En este caso, las sondas del equipo de control puentean al módulo de transformadores y se acoplan directamente a la entrada y salida del generador eléctrico y red.

La segunda variante consiste en acoplar un modulo anti isla compuesto por tres bancos de condensadores trifásicos y 8 bancos de resistencias trifásicos conectados en paralelo con las inductancias del divisor. Los bancos de condensadores (Cl a C3) se pueden conectar en estrella o en triangulo mediante sus seccionadores asociados siendo la relación en la impedancia que existe entre el banco de condensadores conectado en triangulo y en estrella de 3. Cada condensador que forma el banco de condensadores tiene un valor tal que conectado en paralelo con una impedancia de valor igual a XI resuene con ella a la frecuencia de 50 o 60 Hz, siendo el consumo de energía reactiva 0. De esta manera el banco de condensadores (Cl a C3) tendrán el valor Cl=C2=C3=l/V(f ^A 2*Xl), siendo f ia frecuencia de red en radianes/segundo, cuando la conexión sea en estrella y 3Cl, 3C2 y 3C3 cuando la conexión sea en triangulo. Cada uno de los 8 bancos de resistencias está compuesto por una resistencia por fase que se acopla en estrella a cada una de las fases de la red que conecta el divisor con el generador a través de un seccionador de tal manera que la relación que existe entre las resistencias es: R1=R2, 2R1=R3=R4, 4R1=R5=R6, 8R1=R7=R8, siendo R8 capaz de consumir 1/30 de la potencia nominal del equipo. Estas 8 bancadas de resistencias tienen por objeto consumir la potencia activa generada por el equipo generador de energía eléctrica haciendo que la energía inyectada a la red sea nula. En este caso las sondas de medida de tensión y corriente de salida en baja tensión del equipo de control se acoplan a la entrada del generador.

Con la ayuda de este módulo anti-isla se puede simular el efecto isla mediante la bancada de condensadores y resistencias para realizar los ensayos de anti isla exigidos por las diferentes regulaciones de red en vigor en cada país. La tercera variante consiste en acoplar al divisor inductivo un módulo OVRT compuesto por un banco trifásico de dos bobinas acopladas en aire junto con los seccionadores asociados, siendo el valor del acoplamiento M=8X1. Las posibles combinaciones de las inductancias (XI a X6) con la ayuda de los seccionadores e interruptores permiten obtener 403 configuraciones diferentes, produciendo 2.821 sobretensiones diferentes. Estas 2.821 sobretensiones se diferencian en el tipo de sobretensión y amplitud. Estas combinaciones permiten realizar ensayos en los generadores con una gama amplia de potencias y tensión de conexión sin necesidad de realizar cambio de componentes. Es decir se puede ensayar equipos desde OkW hasta 8.000kW sin necesidad de cambiar ningún componente en su versión estándar. Con la ayuda del módulo OVRT, se puede:

• Configurar sobretensiones de corta duración de hasta el 140% de la tensión nominal configurables en nivel de tensión y duración.

• Configurar la amplitud con una precisión del 0,5%, duración y corriente de cortocircuito de la sobretensión.

· Realizar huecos con sobretensiones a la entrada o a la salida de la perturbación.

• Realizar sobretensiones simples configurando una duración mínima de 50 ms y máxima de 10 segundos frente a las patentes anteriores.

La cuarta variante de esta invención consiste en ubicar tras el módulo de transformadores, el módulo de tres bancos de condensadores y ocho bancos de resistencias el cual se acopla en paralelo a las inductancias del divisor a la red y al generador. Esta variante permite realizar los ensayos propios del divisor más los de la segunda y tercera variante. La quinta variante de esta invención consiste en ubicar tras el módulo de transformadores, el módulo OVRT el cual se acopla al divisor. Esta variante permite realizar los ensayos propios del divisor más los de la primera y tercera variante.

Una sexta variante basada en el segunda variante y consiste en acoplar un modulo compuesto por tres bancos de condensadores trifásicos y 8 bancos de resistencias trifásicos conectados en paralelo con las inductancias del divisor, la red y la carga el cual a su vez tiene acoplado el módulo OVRT expuesto anteriormente. Esta variante permite realizar los ensayos propios del divisor con el OVRT más los propios de la segunda variante.

Por último, una séptima variante consiste en ubicar tras el módulo de transformadores el módulo de tres bancos de condensadores trifásicos y ocho bancos de resistencias trifásicos el cual se acopla en paralelo a las inductancias del divisor que a su vez incluye el módulo OVRT. Esta opción permite realizar todas las variables y perturbaciones en el generador que permite la combinación de los módulos.

El dispositivo divisor está montado en un contenedor de 20 pies de largo (6,096 m) estándar lo que conlleva una mejora tal y como se expondrá en la descripción detallada. En este sentido, las demás características de funcionamiento de la presente invención se exponen en la descripción detallada con la ayuda de las figuras.

Breve explicación de los dibujos.

Para una mejor compresión de la invención, se presentan las siguientes figuras:

La figura 1 muestra el esquema general del divisor inductivo.

La figura 2 muestra una variable consistente en el divisor inductivo acoplado a un conjunto de transformadores.

La figura 3 muestra una variable del dispositivo consistente en el divisor inductivo acoplado con un banco de condensadores y otro banco de resistencias.

La figura 4 muestra una variable del dispositivo consistente en el divisor inductivo acoplado a una bancada de bobinas acopladas. La figura 5 muestra una variable del dispositivo consistente en el divisor inductivo acoplado a un conjunto de transformadores junto con un banco de condensadores y otro banco de resistencias.

La figura 6 muestra una variable del dispositivo consistente en el divisor inductivo acoplado a un conjunto de transformadores junto a una bancada de bobinas acopladas. La figura 7 muestra la variable consistente en el divisor inductivo acoplado a un conjunto de transformadores junto a una bancada de bobinas acopladas y un banco de condensadores y otro banco de resistencias.

Las figura 8, 9 y 10 muestran el diagrama de fases de un hueco trifásico equilibrado aislado tipo A, de un hueco de tensión bifásico aislado tipo C y de un hueco de tensión bifásico aislados tipo D, mediante el módulo de transformadores.

La figura 11 muestra un ejemplo de hueco con escalón simple, tal como se realiza con los dispositivos conocidos.

Las figuras 12 y 13 muestran un ejemplo de hueco doble y un ejemplo de sobretensión, ambos originados con el dispositivo de la presente invención.

Las figuras 14 y 15 muestran dos perspectivas del contenedor que alberga el divisor.

Exposición detallada de una realización de la invención.

Tal como muestra la figura 1, el objeto de esta invención consiste en un divisor de tensión inductivo matricial confígurable (34), en adelante divisor (34), que se ubica entre un generador de energía eléctrica (3) y una red eléctrica (1) para suministro a diferentes usuarios.

Físicamente el divisor (34) consiste en un contenedor en cuyo interior se ubican las inductancias (28 a 33) y seccionadores (5 a 22) que conectan con el equipo de control, adquisición y almacenamiento (2), en adelante equipo de control (2).

El equipo de control (2) conecta con la entrada del generador eléctrico en sus tres fases a través de tres sondas (35) de medida de tensión y corriente en baja tensión que miden la tensión y corriente eléctrica que sufre el generador eléctrico cuando sobre la red eléctrica (1) el divisor (34) realiza una perturbación definida por el usuario. Estas sondas (35) recogen los datos de tensión y corriente las cuales son remitidas al equipo de control (2) para realizar el análisis de las perturbación que se realiza en la red (1) así como su almacenamiento en una memoria física tipo SSD lo cual servirá para posteriormente realizar el análisis de comportamiento del generador eléctrico en función de la perturbación recibida. Por otro lado, el equipo de control (2) también conecta con la salida de la red eléctrica (1) con la ayuda de tres sondas (36) de tensión y corriente en baja tensión que conectan con cada fase de la red (1). De esta forma el equipo realiza un seguimiento de los cambios que sufre la red eléctrica antes de su llegada al divisor (34) y con estos datos se realizarán modificaciones en la configuración del divisor (34) para adaptar las condiciones de la red (1) a la perturbación que se desea realizar. Al igual que en el caso anterior, los datos recogidos por las sondas (36) son almacenadas en memorias físicas como las tipo SSD no mostradas en las figuras.

La bancada de 6 inductancias (28 a 33) se conectan entre sí en serie o paralelo con la ayuda de una matriz de 18 seccionadores (5 a 22) divididos en dos grupos:

a. 12 seccionadores trifásicos (5 a 16). Cada seccionador (5 a 16) conecta entre si a las 6 inductancias (28, 33), 18 bobinas para las tres fases, en forma de cascada, de tal manera que la inductancia (28) conecta a través de los seccionadores (5 y 11) a la inductancia (29). A su vez la inductancia (29) conecta también con la inductancia (30) a través de los seccionadores (6 y 12). Este esquema se repite hasta llegar a la última inductancia (33) la cual conecta con la anterior inductancia (32) a través de los seccionadores (9, 15). Cerrando los seccionadores (6, 8, 11, 13 y 15) y abriendo los seccionadores (5, 7, 9, 12 y 14) conectan las inductancias (28 a 33) en serie de todas las inductancias o parte de ellas. De la misma manera se pueden conectar las inductancias (28 a 33) en paralelo modificando la disposición de los seccionadores, además, de configuraciones híbridas formadas por parte de ellas en paralelo y el resto en serie. La configuración en serie, paralelo o híbrida, permite conseguir hasta 81 corrientes de cortocircuito específicas y diferentes para un mismo generador. Esta solución conlleva una mejora técnica ya que con 6 bobinas se pueden obtener configuraciones suficientes para ensayar generadores de potencia sin modificar físicamente el equipo y permitiéndote gran exactitud en el nivel de tensión de hueco.

b. 6 seccionadores (17 a 22). Cada seccionador (17 a 22) conecta a cada una de las 18 bobinas de las inductancia (28 a 33) con cada fase de la red que conecta con el generador (3). En el caso de no haber módulo de transformadores, la conexión será en baja tensión. La configuración de las aperturas y cierres de estos seccionadores (17 a 22) permite obtener el punto de impedancia donde se quiere obtener la tensión de ensayo. Es decir, dividir la impedancia total de cortocircuito en dos impedancias: impedancia en serie e impedancia en paralelo. De esta manera, las impedancias no son exclusivamente serie o impedancias paralelo ya que cualquier impedancia puede formar parte de la parte paralelo o de la parte serie, lo cual permite aprovechar de una manera más eficiente, reduciendo el número de impedancias y por consiguiente el tamaño y peso del equipo.

Además, con la ayuda de 5 interruptores (23 a 27) se configura el tipo de hueco que se desea realizar, y con el interruptor de cortocircuito (23) se realizan los huecos. Para ello, el el interruptor de cortocircuito (23) conecta con las tres fases de la red de los seccionadores (10 y 16) que conectan con el inductor (33). Cada una de las fases del interruptor (23) conecta con un interruptor diferente (24, 25 y 26) de tal manera que el interruptor (24) corresponde a la fase A, el que el interruptor (25) corresponde a la fase B y que el interruptor (26) corresponde a la fase C.

Posteriormente, los interruptores (24, 25 y 26) conectan de manera trifásica con el interruptor de fase (27) que empalma con el neutro de la red (1). De esta manera, los tres interruptores (24, 25 y 26) están en paralelo. Mediante cuatro interruptores (24 a 27) acoplados a cada fase y al neutro se selecciona el tipo de hueco tal como se ha expuesto anteriormente.

Para realizar la configuración del equipo es necesario cerrar el interruptor (4), además de tener cerrado el interruptor (17) que servirá de by-pass entre la red (1) y el generador (3). Una vez hecho esto para configurar el divisor (34) es necesario indicarle la corriente de cortocircuito, la cual servirá para seleccionar la configuración de inductancias (28 a 33) que se van a utilizar y la conexión entre ellas mediante los interruptores (5 a 16), también es necesario indicar el nivel de tensión de ensayo, lo cual sirve para configurar los interruptores (17 a 22), el tipo de hueco, lo cual sirve para configurar los interruptores (24 a 27), y la duración del hueco, la cual sirve para configurar las maniobras de apertura y cierre del interruptor (23). Un vez realizada la configuración se abrirá el interruptor (17), si fuese necesario, para realizar la maniobra de hueco se habilitará la maniobra del interruptor (23), quedando realizado el hueco y retornando el equipo al estado by-pass cerrando el interruptor (17) a la espera de la realización de otro hueco o cambio de configuración.

Para la realización de huecos múltiples es necesario indicarle el número de maniobras al interruptor (23) y el tiempo entre ellas, pudiendo ser el interruptor (23) único o con varios en paralelo para permitir una mayor velocidad de respuesta. Para la realización de huecos escalón, se han de configurar las dos o más configuraciones que se desean ensayar y el tiempo entre maniobras.

La figura 2 muestra una variante consistente en instalar un conjunto de dos transformadores (40, 43) antes de la entrada y salida del divisor (34). A la salida de la red (1), tras el acoplamiento de las sondas (37), un interruptor (39) tipo seccionador automático de media tensión conecta las tres fases con el transformador (40), el cual adapta la tensión de entrada al divisor (34). La conexión al divisor (34) se realiza en las tres fases y el neutro a través de los seccionadores (4 a 16) acoplándose a las inductancias (28 a 33). Por otro lado, las tres fases de salida del divisor (34) se acoplan a un seccionador de configuración en estrella (41) al transformador (43) lado de baja tensión y un seccionador configuración triangulo (42) al transformador (43) lado de baja tensión. El generador (3) se acopla al transformador (43) a través de un interruptor seccionador (44) automático de media tensión que se ubica antes de las sondas (38) que miden la tensión y corriente en el generador (3).

El conjunto de los dos transformadores (40, 43) permite adecuar los niveles de tensión de entrada y salida del divisor (34) y de esta manera establecer las condiciones de la perturbación que sufre el generador (3), siendo el transformador (40) el que reduce la tensión de media o alta tensión a 690 V. El transformador (43) eleva la tensión de 690 V al nivel de media o alta tensión existente en la red y además mediante los interruptores (41) y (42) se pueden configurar los huecos del tipo bifásicos tipo C cuando la conexión es en estrella, con interruptor (41) cerrado, o huecos bifásicos tipo D cuando la conexión es en triangulo, interruptor (42) cerrado.

El equipo de control (2) conecta con la entrada del generador eléctrico (3) en sus tres fases a través de tres sondas (38) de medida de tensión y corriente en alta tensión que miden la tensión y corriente eléctrica que sufre el generador eléctrico (3) cuando el divisor (34) y el módulo de transformadores (40, 43) realiza una perturbación definida por el usuario. Por otro lado, el equipo de control (2) también se acopla con la salida de la red eléctrica (1) con la ayuda de tres sondas (37) de tensión y corriente en alta tensión que conectan con cada fase de la red (1). De esta forma el equipo realiza un seguimiento de los cambios que sufre la red eléctrica antes de su llegada al transformador (40) y divisor (34) y con estos datos se podrá realizar modificaciones en la configuración del módulo de transformadores (40, 43) y divisor (34) para adaptar las condiciones de la red (1) a la perturbación que se desea realizar. Estas sondas (38) recogen los datos de tensión y corriente las cuales son remitidas al equipo de control (2).

La figura 3 muestra la variante consistente en acoplar entre el generador (3) y el divisor (34) un módulo (75) compuesto por tres bancos de condensadores (63 a 65) y 8 bancos de resistencias (66 a 73) antes del divisor (34). En este caso las sondas (74) de medida de tensión y corriente de salida en baja tensión del equipo de control (2) se acoplan a la entrada del generador (3) mientras que las otras sondas de medida (no mostrada en la figura) para la red (1) se acoplan a ella directamente a la red (1). Cada uno de los bancos de resistencias (66 a 73) está compuesta por una resistencia por fase que se acopla en estrella a cada una de las fases que conecta el divisor (34) con el generador (3) a través de unos seccionadores de resistencia (49 a 56). Los tres bancos de condensadores (63 a 65) se acopla a cada una de las fases de la red que conecta el divisor (34) con el generador (3) a través de un primer seccionador (46 a 48) y dos conjuntos diferentes de seccionadores (57 a 62) que permiten la configuración en estrella o triángulo de cada uno de los bancos de condensadores (63 a 65). Los seccionadores (57 a 59) permiten la configuración en triángulo y los seccionadores (60 a 62) la configuración en estrella, siendo la relación en la impedancia que existe entre el banco de condensadores conectado en triangulo y en estrella de 3.

Con la ayuda del módulo (75) se realiza el ensayo anti-isla. Para ello, se configura los módulo (75) y el divisor (34) para que la potencia aparente independiente de inductancias (28 a 33) y condensadores (63 a 65) sea de al menos 2 veces la potencia aparente del generador eléctrico (3) a ensayar siendo el consumo de energía reactiva de la red (1) menor del 1% de la potencia aparente del equipo a ensayar. A su vez los banco de resistencias (66 a 73) deben ser configurados para que la potencia activa consumida sea la misma que la potencia activa generada por el generador eléctrico (3) a ensayar. Un vez realizada la configuración, en esta condición de potencia activa y reactiva nula en la red (1) el interruptor (4) se abrirá, dejando al generador (3) conectado al conjunto divisor (34) y módulo (75) en modo de isla. Una vez realizado el ensayo se volverá a cerrar el interruptor (4) a la espera de la realización de otro ensayo o cambio de configuración.

La figura 4 muestra la variante consistente en acoplar entre el generador (3) y el divisor (34) un módulo, la tercera variante, que consiste en acoplar al divisor (34) un módulo OVRT (79) compuesto por un banco trifásico de dos bobinas acopladas (77 y 78) en aire junto con los seccionadores asociados (76), siendo el valor del acoplamiento M=8X1. La bobina (77) está conectada entre el interruptor (23) y los interruptores de fase (24 a 25) respetando las fases. Las bobinas (78) son conectadas entre el interruptor (17) y el generador (3) teniendo punto común de conexión con el interruptor (76). La sobretensión se realiza haciendo pasar la corriente de cortocircuito por las bobinas (77) siendo estas acopladas magnéticamente a las bobinas (78) en las cuales se induce una tensión que sumada la tensión de red (1) producirán un valor de sobretensión controlada en el generador (3). Las posibles combinaciones de las inductancias (28 a 33) con la ayuda de los seccionadores (5 a 16) y (17 a 22) e interruptores (24 a 27) permiten obtener 403 configuraciones diferentes, produciendo 2.821 sobretensiones diferentes. Estas combinaciones permiten realizar ensayos en los generadores desde OkW hasta 8.000kW sin necesidad de cambiar ningún componente en su versión estándar.

Para realizar la configuración del equipo es necesario cerrar el interruptor (4), además de tener cerrado el interruptor (76) y (17) que servirá de by-pass entre la red (1) y el generador (3) una vez hecho esto para configurar el divisor (34) es necesario indicarle la corriente de cortocircuito, la cual servirá para seleccionar la configuración de inductancias (28 a 33) que se van a utilizar y la conexión entre ellas mediante los interruptores (5 a 16), también es necesario indicar el nivel de tensión de ensayo, lo cual sirve para configurar los interruptores (17 a 22), el tipo de hueco, lo cual sirve para configurar los interruptores (24 a 27), y la duración del hueco, la cual sirve para configurar las maniobras de apertura y cierre del interruptor (23). Un vez realizada la configuración se abrirá el interruptor (76) y (17), si fuese necesario, para realizar la maniobra de sobretensión se habilitará la maniobra del interruptor (23), quedando realizado la sobretensión y retornando el equipo al estado by-pass cerrando el interruptor (76) y (17), a la espera de la realización de otra sobretensión o cambio de configuración.

Para la realización de sobretensiones múltiples es necesario indicarle el número de maniobras al interruptor (23) y el tiempo entre ellas. Pudiendo ser el interruptor (23) único o con varios en paralelo para permitir una mayor velocidad de respuesta. Para la realización de sobretensiones escalón, se han de configurar las dos o más configuraciones que se desean ensayar y el tiempo entre maniobras. La figura 5 muestra una variante que simula el efecto isla en un sistema eléctrico basado en acoplar al divisor (34) el módulo (75) compuesto por de condensadores (63 a 65) y resistencias (66 a 73). El módulo de transformadores (45), conecta en paralelo con el divisor (34) y el módulo (75) de la siguiente manera:

« La conexión del transformador (40) al divisor (34) se realiza en las tres fases y el neutro acoplando la salida de cada fase del transformador (34) a los seccionadores (4 a 16). Las tres fases de salida del divisor (34) se acoplan a un seccionador de configuración en estrella (41) o a un seccionador en configuración triángulo (42) al transformador (43) lado de baja tensión

« La conexión del transformador (43) con el módulo (75) se realiza en las tres fases (no incluye el neutro) acoplando la salida del módulo (75) con el seccionador de configuración en estrella (41) o el seccionador en configuración triángulo (42) .

La figura 6 muestra una variante adicional que junto al divisor de tensión inductivo matricial (34) y el módulo OVRT (79), sirve para realizar sobretensiones de un sistema eléctrico que está conectada con módulo de transformadores (45). El módulo de transformadores (45), conecta en paralelo con el divisor (34) y el módulo OVRT (79), de la siguiente manera:

• La conexión del transformador (40) al divisor (34) se realiza en las tres fases y el neutro acoplando la salida de cada fase del transformador (34) a los seccionadores

(4 a 16). Las tres fases de salida del divisor (34) se acoplan a un seccionador de configuración en estrella (41) o a un seccionador en configuración triángulo (42) al transformador (43) lado de baja tensión.

• La conexión del transformador (43) con el módulo OVRT (79) se realiza en las tres fases acoplando la salida del módulo (79) con el seccionador de configuración en estrella a través del seccionador (41) o el seccionador en configuración triángulo a través del seccionador (42) .

• La conexión del transformador (43) con el módulo (79) se realiza en las tres fases (no incluye el neutro) acoplando la salida del módulo (79) con el seccionador de configuración en estrella (41) o el seccionador en configuración triángulo (42) .

Por último, la figura 7 muestra la variante más completa consistente en que junto al divisor de tensión inductivo matricial (34) y el módulo OVRT (79) al que se le añade el módulo (75) compuesto por condensadores (63 a 65) y resistencias (66 a 73). Este es el caso más general y sirve para realizar todas las variables expuestas anteriormente. El módulo de transformadores (45), conecta en paralelo con el divisor (34), el módulo (75) y el módulo OVRT (79), de la siguiente manera:

« La conexión del transformador (40) al divisor (34) se realiza en las tres fases y el neutro acoplando la salida de cada fase del transformador (34) a los seccionadores (4 a 16). Las tres fases de salida del divisor (34) se acoplan a un seccionador de configuración en estrella (41) o a un seccionador en configuración triángulo (42) al transformador (43) lado de baja tensión.

· La conexión del transformador (43) con el módulo OVRT (79) se realiza en las tres fases acoplando la salida del módulo (79) con el seccionador de configuración en estrella a través del seccionador (41) o el seccionador en configuración triángulo a través del seccionador (42) . Las figura 8, 9 y 10 muestran el diagrama de fases que se producen en los huecos. La figura 8 corresponde a huecos de tensión trifásicos equilibrados aislados tipo A en donde las tres fases ( 85, 87 y 89) tienen el mismo valor en amplitud y el ángulo de fase no sufre cambios mostrándose como (86, 88 y 90) . La figura 9 corresponde a huecos de tensión bifásicos aislados tipo C en donde dos de las tensiones de fase (87, 89) sufren cambios en su amplitud y ángulo de fase mostrándose como (88 y 90) pudiéndose elegir entre AB, AC, BC y la figura 10 muestra un hueco de tensión bifásico aislados tipo D, en donde dos de las tensiones de fase (87 y 89) sufren cambios en su amplitud y ángulo de fase pasando a las fases (88 y 90) pudiéndose elegir entre la combinación de fases AB, AC, BC con la ayuda del módulo de transformadores.

Las figuras 11, 12 y 13 muestran un ejemplo de hueco doble, un ejemplo de hueco con escalón, originado con el dispositivo de la presente invención y un ejemplo de sobretensiones trifásicas equilibradas aisladas. Son sobretensiones en donde las tres fases tienen el mismo valor en amplitud y el ángulo de fase no sufre cambios. Originado con el dispositivo de la presente invención.

Tal como muestran las figuras 14 y 15, el divisor (34) queda montado en un contenedor (80) estándar de 20 pies de largo (6,096 m) para facilitar su transporte y ubicación. El contenedor es cerrado, figura 14, por paredes metálicas excepto dos aberturas (81 y 82) que permiten la salida de la sondas de medida de tensión y corriente de entrada (36) y la sondas de medida de tensión y corriente de salida (37). La estructura (84) del contenedor (80) permite el ajuste y disposición de los elementos del divisor (34) en su interior. La estructura (34) descansa en 4 patas planas (83) que dan estabilidad al contenedor (80), y por tanto al divisor (34), cuando este se ubica cerca del generador (3). La distribución de los elementos del divisor (34) dentro del contenedor (80) es:

• Los seccionadores (5 a 22) de configuración de impedancia por conectar a las bobinas de las inductancias (28 a 33), se disponen en tres columnas sustentadas por la estructura (84) en un extremo longitudinal del contenedor (80) de tal manera que los seccionadores (5 a 10), los seccionadores (11 a 16) y los seccionadores (17 a 22) se ubican en tres columnas diferentes.

• La bancada de 6 inductancias (28 a 33) compuestas por 18 bobinas se distribuyen en el centro del contenedor (80) a lo largo de dos filas compuestas por tres columnas en las que cada columna alberga 3 de las bobinas de las 6 inductancias (28 33).

• El equipo de control (2), el interruptor principal del divisor (4) así como el interruptor de cortocircuito (23), los tres interruptores de fase (24 a 26) y el interruptor de neutro (27) se ubican en el otro extremo longitudinal del contendor y con la ayuda de la estructura (84).

La conexión entre lo diferentes elementos del divisor (34) se realiza a través de una red (85) interna al divisor que se distribuye vertical y horizontalmente a lo largo del contenedor (80).

Aplicación industrial.

Esta invención es de aplicación industrial en el sector de la técnica relacionada con generadores de energía eléctrica como aerogeneradores, energía fotovoltaica etc.