MX2007014367A - Filtro activo de multiples niveles. - Google Patents

Abstract

Un filtro activo de multiples fase que incluye un grupo de celulas de potencia conectadas electricamente en una configuracion trifasica, un circuito de precarga y un controlador que controla la tension suministrada a la pluralidad de celulas de potencia. Cada celula de potencia incluye un inversor que tiene un par de terminales de corriente continua (CC), y al menos un condensador conectado electricamente en paralelo con el inversor, y un circuito de disipacion de energia que esta conectado electricamente en paralelo con el inversor. El circuito de disipacion de energia de cada celula de potencia autorregula la tension de CC dentro de la celula.

Description

FILTRO ACTIVO DE MÚLTIPLES NIVELES REFERENCIA CRUZADA CON RESPECTO A LAS SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud reivindica la prioridad de, e incorpora como referencia en su totalidad, la solicitud de patente estadounidense provisional en tramitación número 60/681.621 titulada "Filtro activo de múltiples niveles para aplicaciones de media tensión" ( "Multi-level active filter for médium voltage applications"), presentada el 17 de mayo de 2005.

ANTECEDENTES Un filtro activo es un dispositivo que modifica las características de amplitud y/o fase de una señal con respecto a la frecuencia, y que incluye un dispositivo de amplificación para amplificar la señal a frecuencias relativamente bajas. Un filtro activo puede situarse eléctricamente entre una fuente de potencia y una carga, y puede ayudar a paliar problemas de calidad de potencia introducidos por corrientes armónicas y un factor de baja potencia.

Actualmente, las soluciones de filtro activo para aplicaciones industriales están disponibles a tensiones de régimen bajo (es decir, inferior o igual a 690 voltios) . Sin embargo, las soluciones existentes para filtros activos a niveles de tensión por encima de los 1000 voltios tienen diferentes desventajas. Por ejemplo, los intentos de proporcionar un filtro activo híbrido que incluya un inversor con un régimen de una fracción pequeña de la tensión de servicio han requerido condensadores grandes y componentes magnéticos caros, y tales sistemas absorben un nivel fijo de potencia reactiva principal (VARs) , lo que da como resultado un factor de baja potencia a cargas medias y ligeras .

Se conoce el uso de inversores conectados en serie o en cascada para la compensación de la potencia reactiva fundamental (o VARs) . Sin embargo, los circuitos propuestos hasta la fecha tienen una utilidad limitada. Otros intentos de utilizar inversores conectados en serie han sugerido un modo de funcionamiento de onda cuadrada para reducir las pérdidas en los inversores. Sin embargo, en tales sistemas, el número de armónicos que pueden compensarse está limitado por el número de inversores conectados en serie, debido a que los armónicos más altos requieren un mayor número de inversores .

En consecuencia, se desea proporcionar un filtro mejorado para aplicaciones de media tensión.

SUMARIO En una realización, un filtro activo de múltiples fases incluye al menos tres fases. Cada fase incluye un grupo de células de potencia conectadas eléctricamente en serie. Cada fase tiene un primer extremo y un segundo extremo. Los primeros extremos de cada fase están acoplados eléctricamente entre sí, y los segundos extremo de cada fase están situados para conectarse eléctricamente entre una fuente de potencia y una carga en un punto de acoplamiento común. Cada célula de potencia incluye un inversor que tiene un par de terminales de corriente continua (CC) y un circuito de disipación de energía que está conectado eléctricamente a través de los terminales de CC del inversor. Las células de potencia pueden filtrar la corriente reactiva y armónica generada por la carga.

En algunas realizaciones, cada inversor es o bien un inversor de puente en H o bien un inversor monofásico con punto neutro fijo. Cada célula también puede incluir al menos un condensador conectado eléctricamente en paralelo con el inversor. Un controlador central puede garantizar una distribución de tensión de CC en cada inversor mediante regulación del flujo de potencia, de manera que cada célula de potencia autorregula su tensión de CC utilizando su circuito de disipación de energía.

En algunas realizaciones, el filtro puede incluir un circuito de precarga. La precarga puede incluir un primer contactor, un primer inductor y un segundo inductor conectados eléctricamente en serie de modo que el primer inductor se encuentra entre el primer inductor y el segundo inductor. El circuito de precarga también puede incluir un segundo contactor conectado eléctricamente en paralelo a través del primer contactor y el primer inductor. El primer contactor se cierra para excitar las células de potencia, el segundo contactor se cierra cuando las células de potencia se han cargado hasta una tensión de CC nominal, y el primer contactor se abre después de que el segundo contactor se haya cerrado.

En algunas realizaciones, el filtro incluye un controlador que supervisa la tensión de cada célula de potencia y activa o desactiva el primer contactor y el segundo contactor basándose en datos que recibe de la supervisión. En algunas realizaciones, el circuito de disipación de energía incluye un transistor y una resistencia, y el transistor cortocircuita el inversor a través de la resistencia para provocar la disipación de energía a través de la resistencia. Cada célula puede tener un circuito de control que activa el transistor de célula y autorregula la tensión en la célula.

En una realización alternativa, un filtro activo de múltiples fases incluye al menos tres fases, incluyendo cada fase una pluralidad de células de potencia conectadas eléctricamente en serie. Cada fase tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando acoplados los primeros extremos de cada fase eléctricamente entre sí, y estando situados los segundos extremos de cada fase para conectarse eléctricamente entre una fuente de energía y una carga en un punto de acoplamiento común. Cada célula de potencia incluye un inversor que tiene un par de terminales de CC, un rectificador conectado eléctricamente a través de los terminales de CC, y un condensador que está conectado eléctricamente a través de los terminales de CC. Cada rectificador recibe potencia de un conjunto de devanados secundarios trifásicos dedicados de un transformador. El transformador es externo al filtro y puede tener un régimen de voltiamperios que es inferior a un régimen de voltiamperios del filtro. Un controlador central puede ordenar que la potencia fluya fuera del filtro activo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos, características, beneficios y ventajas de la presente invención serán evidentes con respecto a la siguiente descripción y dibujos adjuntos, en los que: la figura 1 es un diagrama de circuito de un inversor de puente en H a modo de ejemplo.

La figura 2 es un diagrama de circuito de un circuito de filtro activo a modo de ejemplo conectado eléctricamente entre una fuente de potencia y una carga.

La figura 3 es un diagrama de circuito de una célula de potencia a modo de ejemplo.

La figura 4 es un diagrama de circuito de una aplicación a modo de ejemplo de un filtro activo de la presente descripción.

La figura 5 es un diagrama de circuito de un circuito de precarga.

La figura 6 es una ilustración de una corriente de servicio, corriente de carga, y corriente de filtro activo de una implementación a modo de ejemplo de un filtro activo.

La figura 7 ilustra las formas de onda de la figura 6 con un componente de conmutación.

La figura 8 ilustra un filtro activo alternativo que incluye un transformador de entrada.

La figura 9 ilustra una configuración alternativa de célula de potencia para el filtro activo de la figura 8.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Antes de describir los presentes métodos, sistemas y materiales, ha de entenderse que esta descripción no está limitada a las metodologías, sistemas y materiales particulares descritos, puesto que pueden variar. También ha de entenderse que la terminología utilizada en la descripción es sólo para describir las versiones o realizaciones particulares, y no pretende limitar el alcance. Por ejemplo, tal como se utiliza en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un", "una", y "el/la" incluyen referencias en plural a no ser que el contexto establezca claramente lo contrario. A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y científicos utilizados en el presente documento tienen los mismos significados que los entendidos comúnmente por un experto en la técnica. Además, los siguientes términos pretenden tener las siguientes definiciones en el presente documento: Fil tro activo - dispositivo que modifica las características de amplitud y/o fase de una señal con respecto a la frecuencia, y que incluye un dispositivo de amplificación para amplificar la señal a frecuencias relativamente bajas.

Comprender - incluir pero sin limitarse a.

Contactor - un dispositivo que establece una conexión eléctrica cuando está activado, y que rompe un circuito o, de otro modo, no establece una conexión eléctrica cuando está desactivado.

Conectado eléctricamente o acoplado eléctricamente -conectado de manera que está adaptado para transferir energía eléctrica.

Extremo - en un elemento de un circuito eléctrico, un punto en el que el circuito o bien termina o bien se acopla con otro elemento.

Circuito de disipación de energía - un dispositivo o combinación de dispositivos, tal como, pero sin limitarse a, una resistencia y un transistor conectados en serie, que pueden activarse para cortocircuitar un inversor u otro dispositivo y disipar energía a través de un elemento resistivo del cortocircuito.

Inversor de puente en H - un circuito para el flujo de potencia controlado entre circuitos de CA y CC que tienen cuatro transistores y cuatro diodos. Con referencia a la figura 1, un inversor de puente en H incluye generalmente un primer tramo 111 de fase y un segundo tramo 112 de fase. Cada tramo de fase está conectado eléctricamente en paralelo a través de una fuente 122 de potencia. Cada tramo incluye dos combinaciones de transistor/diodo (tal como 113/114 y 115/116) conectadas en serie. En cada combinación, el diodo 114 está acoplado eléctricamente a cada tramo entre cada combinación de transistor/diodo del tramo .

Distorsión armónica - una señal de potencia de CA, la proporción de una suma de las potencias de todas las frecuencias armónicas por encima y/o por debajo de una frecuencia de corriente fundamental con respecto a la potencia de la frecuencia de corriente I fundamental.

Inductor - un dispositivo que se carga eléctricamente cuando se sitúa cerca de un cuerpo cargado.

Inversor - un dispositivo que convierte potencia de CC en potencia de CA o potencia de CA en potencia de CC.

Media tensión - una tensión de régimen superior a 690 voltios (V) e inferior a 69 kilovoltios (kV) . En algunas realizaciones, la tensión media puede ser una tensión entre aproximadamente 1000 V y aproximadamente 69 kV.

En paralelo - una disposición de dispositivos eléctricos en la que todos los electrodos, terminales y polos positivos están acoplados eléctricamente entre sí, y todos los electrodos, terminales y polos negativos están acoplados eléctricamente entre sí.

Fase - una parte de un circuito que muestra características eléctricas que pueden distinguirse de las de otra parte del circuito.

Punto de acoplamiento común - una ubicación o zona en la que una pluralidad de dispositivos están acoplados eléctricamente entre sí.

Potencia de régimen - para un motor, la potencia eléctrica aplicada al motor para su funcionamiento normal a una velocidad de régimen, descrita normalmente en unidades de vatios; para un transformador, rectificador o inversor, un régimen de capacidad expresado en términos de potencia reactiva, tal como voltios por amperios (VA) .

Corriente reactiva - una medida de una componente vectorial y/o imaginaria de una corriente alterna no adaptada para realizar un trabajo.

Devanado secundario - una bobina de hilo comprendida en un transformador adaptado para recibir energía transferida inducida por una corriente alterna conducida a través de un devanado primario comprendido en el transformador .

De autorregulación - para un inversor o célula de potencia, que tiene la capacidad de encenderse o apagarse para regular la tensión interna utilizando un control local ; en serie - una disposición de los elementos de un circuito eléctrico mediante la cual toda la corriente pasa a través de cada elemento sin derivarse.

Sustancialmente - en gran medida o grado.

En diversas realizaciones, un filtro activo utiliza una topología de modulación por anchura de impulsos (PWM) de media tensión para paliar los problemas de calidad de potencia introducidos por corrientes armónicas o un factor de baja potencia. En la figura 2, una fuente 230 de potencia de CA tal como un aparato eléctrico u otra fuente de potencia suministra potencia trifásica, de media tensión a una carga 240 a través de líneas 231, 232 y 233 de salida.

Cada línea de salida está acoplada eléctricamente a una fase de la carga 240 en un punto 210, 211 y 212 de acoplamiento. Una de las tres fases de las células de potencia conectadas en serie también está conectada a cada línea de salida. Por ejemplo, la línea 231 de salida de fase puede estar conectada en serie con las células 241, 244, 247 y 250 de potencia. Asimismo, la línea 232 de salida de fase puede estar conectada en serie con las células 242, 245, 248 y 251 de potencia. De manera similar, la línea 233 de salida de fase puede estar conectada en serie con las células 243, 246, 249 y 252 de potencia. En la presente realización, se prefiere que las líneas de salida y las derivaciones 231, 232 y 233 de alimentación de las células estén unidas mediante una conexión 234 en Y con un neutro flotante.

Debería observarse que el número de células por cada fase mostrada en la figura 2 es a modo de ejemplo, y que pueden ser posibles más o menos de cuatro células por cada fase en diversas realizaciones. Por ejemplo, en una realización que puede aplicarse a cargas de motor inductivas de 2300 voltios de CA (VCA) , pueden utilizarse tres células de potencia para cada una de las líneas de salida trifásicas. En otra realización, que puede aplicarse a una carga de motor inductiva de 4160 VCA, pueden utilizarse cinco células de potencia para cada una de las líneas de salida trifásicas. Una realización de este tipo puede tener once estados de tensión que pueden incluir aproximadamente +/- 3000 voltios de CC (VCC) , +/- 2400 VCC, +/- 1800 VCC, +/- 1200 VCC, +/- 600 VCC y cero VCC.

Una carga 240 no lineal trifásica puede estar conectada a las derivaciones 231, 232 y 233 de salida o alimentación. Mediante la conexión de la carga 240 de este modo, la carga se conecta a la salida del inversor en un extremo de cada serie de células de potencia, mientras que el otro extremo de cada serie de células de potencia sirve como el neutro flotante en Y 254. La carga 240 no lineal puede servir como una fuente de corriente armónica en condiciones no filtradas. Configuradas de este modo, las células 241 a 249 de potencia pueden filtrar activamente las componentes armónicas suministradas por la fuente 230 a la carga 240.

En la figura 3 se ilustra un diagrama esquemático de una célula de potencia a modo de ejemplo. Con referencia a la figura 3, cada célula 300 de potencia puede incluir un inversor 310 de puente en H que comprende cuatro combinaciones de transistor/diodo para generar una tensión de salida de CA. En otras realizaciones, en lugar del inversor de puente en H pueden utilizarse otros inversores, tales como un inversor monofásico con punto neutro fijo (NPC, "neutral-point-clamped" ) u otro inversor de CC a CA monofásica. Además cada célula también puede incluir un condensador o batería 320 de condensadores conectadas eléctricamente en paralelo con (es decir, a través de los terminales de CC de) el inversor 310 para proporcionar un filtrado de las componentes de alta frecuencia y un almacenamiento de energía. Además, cada célula puede incluir un circuito 330 de disipación de energía conectado eléctricamente en paralelo al inversor de puente en H. El circuito 330 de disipación de energía puede incluir un transistor 331, tal como un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, "insulated gate bipolar transistor") o un transistor de efecto de campo semiconductor de metal-óxido (MOSFET, "metal oxide semiconductor field effect transistor") o un tiristor conmutado por puerta integrada (IGCT, "integrated gate commuted thyristor") y una resistencia 332, con el fin de ayudar a regular la tensión de bus de CC en la célula de potencia. El circuito 330 de disipación de energía, tal como una interrupción u otro dispositivo, puede activarse para disipar la energía a través del elemento 332 resistivo. Un circuito 340 de control local para cada célula recibe órdenes desde un sistema 340 de control central a través de un enlace de fibra óptica, línea de comunicaciones, comunicación inalámbrica o cualquier otra red o dispositivo 345 de comunicaciones para proporcionar señales de interrupción para los dispositivos inversores. El transistor 331 del circuito de disipación de energía está controlado por el circuito 340 de control local que intenta mantener la tensión de CC a través del condensador 320 en un valor predeterminado. El circuito 340 de control local puede ser cualquier circuito que tenga la capacidad de activar o desactivar el circuito de disipación de energía, tal como una combinación de diodo Zener/resistencia. Sin embargo, el circuito 340 de control local no está limitado a esta función o combinación, y son posibles otras funciones y elementos de circuito.

De nuevo con referencia a la figura 2, el filtro activo tiene un sistema de control central que proporciona órdenes a cada célula de potencia a través de controladores locales. El sistema de control central utiliza la corriente de carga medida y la tensión en el punto de acoplamiento común (PCC, "point of common coupling") para determinar las órdenes de interrupción de los dispositivos inversores. La figura 4 ilustra un circuito a modo de ejemplo en el que un filtro activo de la presente descripción puede implementarse con un sistema de control. Con referencia a la figura 4, un filtro 220 activo está conectado entre una fuente 230 de potencia de CA y una carga 240. En la figura 4, la carga a modo de ejemplo incluye un rectificador de 6 pulsos con un condensador de CC y una fuente de corriente CC. Existe un pequeño inductor 410 de línea de CA para controlar los armónicos en la corriente i de carga. El circuito 400 de control se describe a continuación. Pueden utilizarse otros circuitos de control.

El objetivo en el ejemplo de la figura 4 es controlar la corriente (if) del filtro activo para cancelar todas, o sustancialmente todas, las componentes armónicas de la corriente (= Í .har) de carga. Por tanto, la tensión generada por el filtro activo viene dada por vf = vcc+ if Zf = vcc+ (iL - iu ) Zf O) en la que ' f - 1 Uhar lLI Zf = ?Lf (2) En las ecuaciones anteriores, Zf es la impedancia de la inductancia del filtro activo, ihl es la componente fundamental de la corriente de carga y vcc es la tensión en el punto 415 de acoplamiento común (correspondiente a 210, 211 y 212 en la figura 2) . El control para el filtro activo se basa en la ecuación (1) . El circuito de control requiere medir la corriente (i ) de excitación, la corriente (if) del filtro activo y la tensión en el punto de acoplamiento común (vcc) . Un filtro 420 de banda eliminada elimina la componente fundamental de la corriente de carga medida. Una componente de corriente fundamental fuera de fase 180° con la tensión en el PCC se añade utilizando el dispositivo 422 a la salida del filtro de banda eliminada. Esta componente fundamental representa la pequeña cantidad de potencia que es necesario absorber para garantizar que la tensión de CC en cada célula de potencia se encuentre en o por encima del nivel predeterminado. La suma de estas dos señales, la salida del filtro de banda eliminada y la componente fundamental, se compara mediante un comparador 425 con la corriente del filtro activo medida para obtener un error de corriente que forma una entrada a un regulador 430 proporcional + derivativo (PD) . Mediante el uso de (a) uno o más dispositivos 440 para ajustar a escala y filtrar la tensión de PCC, y (b) uno o más dispositivos 445 para diferenciar la señal de corriente armónica de carga y el ajuste a escala con el valor conocido de la inductancia (Lf) del filtro, se proporciona una alimentación hacia delante al control 450 del filtro activo. La suma de la salida del regulador 430 junto con las señales de alimentación hacia delante forma la señal de referencia de tensión para los comparadores de modulación por anchura de impulsos (PWM) del sistema 450 de control. Los comparadores de PWM convierten las órdenes de tensión trifásica en señales de interrupción desfasadas para cada célula de potencia dando como resultado una salida de tensión que tiene múltiples niveles de salida.

El control central a modo de ejemplo descrito en el presente documento obliga a que las células de potencia absorban una pequeña cantidad de potencia real, para liberarse de la pesada tarea de controlar la tensión de CC dentro de cada célula de potencia. En su lugar, el sistema de control central regula el flujo de potencia hacia el filtro activo, garantizando que la tensión de CC se distribuya entre inversores/células de potencia. La potencia real absorbida por cada célula de potencia obliga a que la tensión de CC aumente por encima del nivel de tensión predeterminado que es detectado por los controladores de célula locales individuales. Estos controladores locales controlan entonces el transistor del circuito de disipación de energía para reducir la tensión de CC, manteniendo así un valor casi constante. Por tanto, el sistema de control central sólo necesita enviar las órdenes de interrupción para todos los dispositivos inversores a las células de potencia.

De nuevo con referencia a la figura 2, el filtro activo puede incluir uno o más inductores 255, 256 y 257 opcionales en cada fase y un circuito 260 de precarga en el lado de salida del inversor 220. El circuito 260 de precarga puede ayudar a limitar una entrada durante la aplicación de potencia. La figura 5 ilustra un circuito de precarga a modo de ejemplo que puede estar presente para cada fase. Con referencia a la figura 5, el circuito de precarga puede incluir un primer inductor 255 para servir como filtro y un segundo inductor 510 conectado en serie con el primer inductor 255. El primer contactor 520 está conectado eléctricamente en serie con el segundo inductor 510, y el segundo contactor 530 está conectado eléctricamente en paralelo con la combinación segundo inductor/primer contactor.

El segundo inductor 510 puede limitar la corriente de precarga y en general tiene una inductancia mayor, en algunas realizaciones de hasta varias veces más que el primer inductor 555. En algunas realizaciones cuando se desean limitaciones de espacio, el primer inductor 555 y el segundo inductor 510 pueden incluir un único núcleo, teniendo el primer inductor 255 menos espiras que el segundo inductor 510. Además, en algunas realizaciones el segundo inductor 510 puede utilizar un hilo de menor calibre para sus espiras que el primer inductor 255, puesto que el segundo inductor 510 puede utilizarse para periodos de tiempo relativamente cortos.

Una secuencia para poner en funcionamiento el circuito de precarga puede incluir: (1) cerrar el primer contactor 520; (2) cuando se establece una tensión máxima en los terminales del inversor y todas las células de potencia se han cargado hasta una tensión de CC nominal, cerrar el segundo contactor 530; (3) tras confirmar que el segundo contactor 530 está cerrado, abrir el primer contactor 520; y (4) tras confirmar que el primer contactor está abierto, la secuencia de precarga está completa.

Un sistema de control puede supervisar las tensiones de las células de potencia y activar los contactores según la secuencia explicada anteriormente. El sistema de control puede ser local con respecto al inversor, o puede ser remoto al inversor, con los dispositivos de supervisión locales en comunicación con el equipo de control remoto a través de una red de comunicaciones.

EJEMPLOS Como un ejemplo, un filtro activo puede incluir un total de nueve células (tres por cada fase) , cada una con una tensión de bus de CC de 1150 V. En una configuración tal, la capacidad de tensión de CA total del filtro puede ser de 4,88 kV. La figura 6 muestra a modo de ejemplo las formas de onda de la corriente 610 de servicio, de la corriente 620 de carga y de la corriente 630 del filtro activo. La distorsión armónica total (THD, "total harmonio distortion") de la corriente de servicio es del 4,6%, y la corriente RMS del filtro activo es de 109 A en este ejemplo. La distorsión de la carga del 62% representa la máxima distorsión de la carga que este filtro activo a modo de ejemplo puede compensar mientras se mantiene una THD del 5% o inferior en la corriente de servicio. La figura 7 muestra la tensión 710 de salida del filtro activo y las formas de onda de la tensión 720 del inductor para este ejemplo.

En una realización alternativa, tal como ilustra la figura 8, una configuración similar a la de la figura 2, también incluye un transformador 800 que tiene un devanado 801 primario, mostrado en una configuración en estrella pero opcionalmente en una configuración en delta, y una pluralidad de devanados 805-816 secundarios. El filtro activo tendrá un régimen para su capacidad para poder tratar la potencia reactiva, expresado en términos tales como régimen de voltiamperios (VA) . En las realizaciones descritas en el presente documento, el régimen de VA del transformador 800 no tiene que coincidir con el del filtro activo, y de hecho puede ser relativamente bajo en comparación con el filtro activo. En algunas realizaciones, el transformador puede tener un régimen de VA inferior al 100% del régimen del filtro activo. Por ejemplo, el régimen del transformador puede ser inferior al 75%, inferior al 50%, o inferior al 40% del régimen del filtro activo. Para reducir costes, el régimen del transformador puede ser relativamente pequeño en comparación con el del filtro activo. Por ejemplo, el régimen del transformador puede ser inferior al 20% del régimen del filtro activo, inferior al 10% del régimen del filtro activo, o entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 5% del régimen del filtro activo. Sin embargo, no es un requisito que el régimen del transformador sea inferior al del filtro en todas las realizaciones.

Cada devanado secundario del transformador está conectado eléctricamente a una célula de potencia, siendo el resto.de la configuración del inversor similar a la de la figura 2, excepto en que no se requiere un elemento de precarga tal como se describe con más detalle a continuación. Por ejemplo, en las columnas 4 a 6 de la patente estadounidense número 5.625.545 se describen diversas opciones para una configuración de este tipo, cuya descripción se incorpora en el presente documento como referencia. En tal configuración, con referencia a la figura 9, cada célula 900 de potencia puede incluir un inversor 902 de puente en H, un condensador o batería 904 de condensadores conectados en paralelo con (es decir, a través de los terminales de CC de) el inversor 902 de puente en H, y un rectificador 906 de entrada que tiene un régimen relativamente bajo, tal como un régimen similar al del transformador. En esta realización el transformador 800 con un régimen de VA bajo puede funcionar como el dispositivo de precarga para las células de potencia, evitando así la necesidad de componentes adicionales para llevar a cabo la precarga. Cada célula de potencia está conectada eléctricamente a un conjunto de devanados secundarios trifásicos dedicados del transformador para recibir potencia en una entrada 910 de la célula de potencia. En algunas realizaciones, los regímenes de potencia de los rectificadores dentro de cada célula pueden ser sustancialmente bajos para cumplir con los requisitos de las pérdidas del sistema de filtro activo y los requisitos de distribución de tensión. Por ejemplo, un rectificador puede tener un régimen de VA que sea inferior al 100% del régimen de su célula de potencia correspondiente. Por ejemplo, un rectificador puede tener un régimen que puede ser inferior al 75%, inferior al 50%, o inferior al 40% del régimen de su célula. Opcionalmente, el régimen de un rectificador puede ser inferior al 20%, inferior al 10%, o estar entre aproximadamente el 1% y aproximadamente el 5% del régimen de su célula de potencia correspondiente. Sin embargo, no es un requisito que el régimen del rectificador sea inferior al de su célula correspondiente en todas las realizaciones.

El control de una disposición de este tipo puede ser similar al mostrado en la figura 4, con una diferencia en el desfase de la componente de corriente fundamental que debe proporcionarse por el filtro activo. La componente de corriente fundamental del dispositivo 422 puede ser tal que se sacará la potencia real de cada inversor obligando a los rectificadores de diodo en cada célula de potencia a conducir y por tanto, mantener tensiones de CC sustancialmente iguales. Por tanto, incluso en esta segunda realización, el sistema de control central (850 en la figura 8) puede no requerirse para mantener las tensiones de célula individuales, sino que indirectamente puede controlar las células a través del flujo de potencia de cada inversor.

Debería entenderse que son posibles numerosas variaciones, modificaciones y realizaciones adicionales, y en consecuencia, todas las variaciones, modificaciones y realizaciones de este tipo deben considerarse como dentro del espíritu y el alcance de esta solicitud. Por ejemplo, independientemente del contenido de cualquier parte de esta solicitud, a menos que se especifique claramente lo contrario, tal como a través de una definición explícita, no se requiere la inclusión en ninguna reivindicación del presente documento de ninguna característica particular ilustrada o descrita.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Filtro activo de múltiples fases, que comprende: una pluralidad de fases, comprendiendo cada fase una pluralidad de células de potencia conectadas eléctricamente en serie; en el que cada fase tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando acoplados los primeros extremos de cada fase eléctricamente entre sí, y estando situados los segundos extremos de cada fase para conectarse eléctricamente entre una fuente de energía y una carga en un punto de acoplamiento común; en el que cada célula de potencia comprende un inversor que tiene un par de terminales de corriente continua (CC) y un circuito de disipación de energía que está conectado eléctricamente a través de los terminales de CC del inversor.

2. Filtro según la reivindicación 1, en el que las células de potencia filtran la corriente armónica generada por la carga.

3. Filtro según la reivindicación 1, en el que cada inversor comprende o bien un inversor de puente en H o bien un inversor monofásico con punto neutro fijo.

4. Filtro según la reivindicación 1, en el que cada célula comprende además al menos un condensador conectado eléctricamente en paralelo con el inversor.

5. Filtro según la reivindicación 1, que comprende además un controlador central que garantiza una distribución de tensión de CC en cada inversor mediante regulación del flujo de potencia, en el que cada célula de potencia autorregula su tensión de CC utilizando su circuito de disipación de energía.

6. Filtro según la reivindicación 1, que comprende además un circuito de precarga.

7. Filtro según la reivindicación 6, en el que cada circuito de precarga comprende: un primer contactor, un primer inductor y un segundo inductor conectados eléctricamente en serie de modo que el primer inductor se encuentra entre el primer inductor y el segundo inductor; un segundo contactor conectado eléctricamente en paralelo a través del primer contactor y el primer inductor; en el que el primer contactor se cierra para excitar las células de potencia, el segundo contactor se cierra cuando las células de potencia se han cargado hasta una tensión de CC nominal, y el primer contactor se abre después de que el segundo contactor se haya cerrado.

8. Filtro según la reivindicación 6, que comprende además un controlador que supervisa la tensión de cada célula de potencia y activa o desactiva el primer contactor y el segundo contactor basándose en datos que recibe de la supervisión.

9. Filtro según la reivindicación 1, en el que el circuito de disipación de energía comprende un transistor y una resistencia, y en el que el transistor cortocircuita el inversor a través de la resistencia para provocar la disipación de energía a través de la resistencia.

10. Filtro según la reivindicación 9, que comprende además un circuito de control para cada célula que activa el transistor de célula y autorregula la tensión en la célula .

11. Filtro activo de múltiples fases, que comprende: una pluralidad de fases, comprendiendo cada fase una pluralidad de células de potencia conectadas eléctricamente en serie; en el que cada fase tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando acoplados los primeros extremos de cada fase eléctricamente entre sí, y estando situados los segundos extremos de cada fase para conectarse eléctricamente entre una fuente de energía y una carga en un punto de acoplamiento común; en el que cada célula de potencia comprende un inversor que tiene un par de terminales de CC, un rectificador conectado eléctricamente a través de los terminales de CC, y un condensador que está conectado eléctricamente a través de los terminales de CC; en el que cada rectificador recibe potencia de un conjunto de devanados secundarios trifásicos dedicados de un transformador.

12. Filtro según la reivindicación 11, en el que el transformador es externo al filtro y tiene un régimen de voltiamperios que es inferior a un régimen de voltiamperios del filtro.

13. Filtro según la reivindicación 12, en el que el régimen del transformador es aproximadamente un 5 por ciento o menos del régimen de voltiamperios del filtro.

14. Filtro según la reivindicación 11, que comprende además un controlador central que ordena que la potencia fluya fuera del filtro activo.

15. Filtro activos de múltiples fases, que comprende: una pluralidad de células de potencia conectadas eléctricamente en una configuración trifásica; un circuito de precarga; y un controlador que controla la tensión suministrada a la pluralidad de células de potencia; en el que cada célula de potencia comprende un inversor que tiene un par de terminales de corriente continua (CC) , al menos un condensador conectado eléctricamente en paralelo con el inversor, y un circuito de disipación de energía que está conectado eléctricamente en paralelo con el inversor; en el que el circuito de disipación de energía de cada célula de potencia autorregula la tensión de CC dentro de la célula.

16. Filtro según la reivindicación 15, en el que las células de potencia filtran la corriente armónica generada por una carga.

17. Filtro según la reivindicación 15, en el que cada inversor comprende o bien un inversor de puente en H o bien un inversor monofásico con punto neutro fijo.

18. Filtro según la reivindicación 15, que comprende además un punto de acoplamiento común que conecta eléctricamente una salida del circuito de precarga, una fuente de potencia y una carga.

19. Filtro según la reivindicación 15, en el que el circuito de precarga comprende: un primer contactor, un primer inductor, y un segundo inductor conectados eléctricamente en serie de manera que el primer inductor se encuentra entre el primer inductor y el segundo inductor; y un segundo contactor conectado eléctricamente en paralelo a través del primer contactor y el primer inductor; en el que el primer contactor se cierra para excitar las células de potencia, el segundo contactor se cierra cuando las células de potencia se han cargado hasta una tensión de CC nominal, y el primer contactor se abre después de que el segundo contactor se haya cerrado.

20. Filtro según la reivindicación 19, que comprende además un controlador que supervisa la tensión de cada célula de potencia y activa o desactiva el primer contactor y el segundo contactor basándose en datos que recibe de la supervisión.