ES2347364T3 - Sistema de distribucion de potencia de cc. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de distribución de potencia que comprende: un primer sistema de distribución de servicio que incluye: un primer cuadro (16) de distribución que incluye aparamenta eléctrica de protección con contactos, y una primera barra (25) colectora de distribución de cc conectada al primer cuadro (16) de distribución para llevar una tensión de distribución y una corriente de distribución; un primer sistema de generación de potencia que incluye una primera fuente (13, 14) de potencia y un primer convertidor (15) de potencia para suministrar potencia al primer sistema de distribución de servicio, estando conectada la primera fuente (13, 14) de potencia al primer cuadro (16) de distribución mediante el primer convertidor (15) de potencia; un subsistema de distribución de potencia zonal que incluye: una unidad (23) de suministro de potencia zonal para suministrar potencia a una primera carga eléctrica, y un almacenamiento (22) de energía zonal conectado al primer cuadro (16) de distribución mediante un segundo convertidor (21) de potencia y a la unidad (23) de suministro de potencia zonal, suministrando el almacenamiento (22) de energía zonal potencia a la unidad (23) de suministro de potencia zonal; y una segunda carga (5, 6) eléctrica conectada al primer cuadro (16) de distribución mediante un tercer convertidor (4) de potencia; en el que el primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia se regula según una característica de regresión y estabilización de fuente de potencia y una característica de inicio de fuente de potencia, y en el que el tercer convertidor (4) de potencia que conecta la segunda carga (5, 6) eléctrica al primer cuadro (16) de distribución se regula según una característica de desconexión de carga y estabilización; en el que la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia incluye regular la tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de modo que: el flujo de corriente es unidireccional; una tensión de salida de estado estacionario es la suma de un valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga y una componente de disminución de estado estacionario que es proporcional a la corriente de carga de modo que la tensión de salida de estado estacionario es según una línea de carga de estado estacionario; la corriente de estado estacionario se limita a un nivel particular; si la corriente de carga supera de manera transitoria el límite de corriente de estado estacionario y se acerca, aunque no supera, un nivel límite de corriente transitoria particular, la tensión de salida se reducirá de manera transitoria con respecto a la línea de carga de estado estacionario y se recuperará a la línea de carga de estado estacionario cuando la corriente de estado estacionario se reduzca por debajo del límite de corriente de estado estacionario; y si la corriente de carga supera de manera continua el límite de corriente de estado estacionario, o supera el nivel límite de corriente transitoria particular, se aplica regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo; caracterizado porque se hace que los contactos de la aparamenta eléctrica de protección se abran sólo cuando la tensión de distribución y la corriente de distribución se han reducido a niveles aceptables por la interacción de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia con uno de (a) una fuga que causa que una impedancia excesivamente baja se conecte a través de la tensión de distribución, (b) una instrucción de interactivación prioritaria que se genera automáticamente dentro del sistema de distribución de potencia, (c) una instrucción de interactivación prioritaria que se genera manualmente dentro del sistema de distribución de potencia, y (d) una instrucción de interactivación prioritaria que se genera de manera remota; y en el que se hace que los contactos de la aparamenta eléctrica de protección se cierren sólo cuando la polaridad de la tensión a través de los contactos sea tal que cualquier corriente transitoria o de entrada esté restringida por uno de (a) la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia y la característica de inicio de fuente de potencia, y (b) la característica de desconexión de carga y estabilización; y en el que la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia incluye además regular la tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de modo que: las variaciones de corriente de carga transitorias alrededor de un punto de carga de estado estacionario causan que la tensión de salida siga una línea de carga transitoria cuyo gradiente es menor que el gradiente de la línea de carga de estado estacionario; cuando se aplica regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo, la tensión de salida y la corriente de salida permanecen a cero o aproximadamente a cero hasta que la impedancia de carga ha aumentado por encima de un nivel particular; y si la impedancia de carga aumenta por encima del nivel particular entonces la tensión de carga se recupera inicialmente de manera parcial y a continuación se eleva hasta un punto operativo deseado.
Description
Sistema de distribución de potencia de cc.
La presente invención se refiere a un sistema de
distribución de potencia, y en particular a un sistema de
distribución de potencia "inteligente" que puede usarse para
sistemas de propulsión y potencia navales. El sistema de
distribución de potencia permite a un sistema de propulsión y
potencia naval conseguir densidad de potencia, eficacia y
estabilidad máxima y facilita inserciones de tecnología futura por
medio de un enfoque modular e interfaces estándar.
En sistemas de propulsión y potencia navales
convencionales que emplean propulsión completamente eléctrica
(FEP), se usa discriminación de magnitud-tiempo de
corriente de fuga para permitir a la aparamenta eléctrica de
protección interrumpir fugas de sobrecorriente, en particular,
subcircuitos al tiempo que causa la mínima disrupción práctica a
los demás subcircuitos. Se dice que tales sistemas FEP emplean el
"principio de estación de potencia" en el que el objetivo es
adaptar la capacidad de generación de potencia que está en línea en
cualquier momento particular a la carga total que se toma en ese
momento. Esto tiene el efecto de maximizar la eficacia del
combustible. La configuración de tales sistemas FEP normalmente se
automatiza hasta cierto punto por un sistema de gestión de potencia
con la capacidad de desconectar carga e iniciar generadores de
manera priorizada. La corriente alterna se distribuye a través de
los sistemas FEP a media tensión (MT) para mantener la
compatibilidad con sistemas terrestres.
Un ejemplo de un sistema FEP convencional se
muestra en la figura 1. Una serie de turbinas T y motores diésel D
se usan para alimentar generadores G individuales. Estos suministran
potencia de ca al sistema FEP a través de un sistema de barra
colectora de ca de media tensión (MT) que está equipado con
aparamenta eléctrica de protección. La aparamenta eléctrica de
protección comprende interruptores y controles asociados y se
representa en la figura 1 mediante el símbolo x. Se usan
convertidores de potencia PC para interconectar el sistema de barra
colectora de ca de MT a un motor de propulsión PM eléctrico que
acciona una hélice. También se conectan filtros F al sistema de
barra colectora de ca de MT. El sistema de barra colectora de ca de
MT se divide en una primera barra colectora de ca de MT y una
segunda barra colectora de ca de MT que se interconectan mediante
aparamenta eléctrica de protección. Una primera barra colectora de
ca de baja tensión (BT) se conecta a la primera barra colectora de
ca de MT a través de un primer transformador. Una segundo barra
colectora de ca de BT se conecta a la segunda barra colectora de ca
de MT a través de un segundo transformador. Las barras colectoras
de ca de BT primera y segunda se interconectan mediante aparamenta
eléctrica de protección. Una serie de cargas mayores y menores no
especificadas pueden conectarse a las barras colectoras de ca de BT
primera y segunda, respectivamente. Quedará claro a partir de la
figura 1 que las cargas menores se conectan a las barras colectoras
de ca de BT primera y segunda a través de las barras colectoras de
ca de BT primera y segunda menores.
Seis niveles de discriminación de
magnitud-tiempo del sistema FEP se muestran a lo
largo del lado derecho de la figura 1. La aparamenta eléctrica de
protección se representa mediante el símbolo x en cada uno de los
niveles de discriminación. Por ejemplo, en el nivel de
discriminación 6 la aparamenta eléctrica de protección se ubica
entre la barra colectora de ca de MT y cada uno de los generadores
G. En el nivel de discriminación 5 la aparamenta eléctrica de
protección se ubica entre la barra colectora de ca de MT y cada uno
de los filtros F y entre la barra colectora de ca de MT y cada uno
de los convertidores de potencia PC. La aparamenta eléctrica de
protección se ubica entre la barra colectora de ca de MT y cada uno
de los transformadores que se usan para conectar las barras
colectoras de ca de MT primera y segunda a las barras colectoras de
ca de BT primera y segunda, respectivamente. En el nivel de
discriminación 4 la aparamenta eléctrica de protección se ubica
entre cada uno de los transformadores y las barras colectoras de ca
de BT respectivas. En el nivel de discriminación 3 la aparamenta
eléctrica de protección se ubica entre las barras colectoras de ca
de BT primera y segunda y cada una de las cargas grandes y entre
cada una de las respectivas alimentaciones a las barras colectoras
de ca de BT menores. En el nivel de discriminación 2, la aparamenta
eléctrica de protección adicional se ubica entre las barras
colectoras de ca de BT primera y segunda y las partes asociadas de
las barras colectoras de ca de BT menores. En el nivel de
discriminación 1 la aparamenta eléctrica de protección se ubica
entre las barras colectoras de ca de BT menores y cada una de las
cargas menores.
Un cortocircuito en cualquier nivel de
discriminación particular del sistema FEP debe activar la aparamenta
eléctrica de protección asociada en ese nivel pero no debe causar
que se active ninguna otra aparamenta eléctrica de protección. Los
niveles protectores de corriente de fuga se determinan en su
totalidad mediante impedancia de suministro y la aparamenta
eléctrica de protección sólo puede interrumpir la corriente de fuga
(es decir, la corriente que fluye en el sistema FEP durante una
fuga) mucho después de que haya pasado la corriente de fuga pico.
Por tanto, la corriente de fuga normalmente sólo se interrumpe al
invertirse, o poco después de que se invierta, la corriente de
línea.
El sistema FEP convencional mostrado en la
figura 1 tiene las siguientes desventajas técnicas.
La magnitud de la corriente de fuga se ve
influida por el número y el tipo de generadores G que están en línea
en un punto particular de acoplamiento común; cuanto más baja sea
la impedancia de generador combinada mayor será la corriente de
fuga. Se producen amplias variaciones en la posible corriente de
fuga y la configuración del equipo de protección puede tener que
poder ajustarse de manera continua para garantizar la discriminación
de fuga.
La magnitud de la corriente de fuga aumenta a
medida que la tensión de distribución (es decir, la tensión que
llevan las diversas barras colectoras de ca en el sistema FEP) se
reduce. A medida que aumenta el régimen de potencia instalada total
y/o se reduce la tensión de distribución, la corriente de fuga
resultante puede superar la capacidad de la aparamenta eléctrica de
protección disponible. Puede ser que los sistemas de distribución
de potencia de media tensión tengan que recurrir al uso de
transformadores de reducción de carga y sistemas de aislamiento
especializados con el fin de permitir el uso de una tensión de
distribución lo suficientemente alta para superar las limitaciones
de la aparamenta eléctrica de protección.
Las características de los generadores G pueden
variar ampliamente en cuanto a dependencia del tiempo y magnitudes
pico de componentes de ca y cc para ayudar a la compartición de
carga. (Se diseñan reguladores de tensión automáticos (AVR) para
ayudar a la compartición de carga.) Además, estas características se
ven fuertemente influidas por el tipo de motores principales (motor
diésel D o turbina T, por ejemplo) acoplado al generador y sus
respuestas controladas por acoplamiento y reguladas resultantes
pueden estar sujetas a disparidades significativas. Cuando un grupo
de generadores G se conecta a un punto de acoplamiento común
entonces las disparidades a menudo se vuelven problemáticas,
particularmente durante la conmutación de circuitos pasivos tales
como filtros y transformadores y durante transitorios de carga.
El sistema FEP a menudo se divide en múltiples
puntos de acoplamiento común que a menudo se denominan "islas".
Todas las islas pueden conectarse entre sí en paralelo para dar una
disposición de una única isla (por ejemplo, para accionamiento de
un solo motor) o pueden separarse para proporcionar redundancia y
tolerancia a los fallos de capacidad tras fallos de equipo. La
sincronización y la transferencia de carga entre islas individuales
es complicada, particularmente cuando tienen diferentes grados de
contaminación por armónicos y cuando las disparidades mencionadas
anteriormente están presentes. La potencia propulsora normalmente se
toma de las islas en un sistema de distribución de propulsión (PDS)
y otras cargas pueden alimentarse mediante islas en un sistema de
distribución de servicio de barco (SSDS) cuya potencia habitualmente
se deriva del PDS. La discriminación protectora y la calidad del
suministro de potencia habitualmente están relacionadas por
jerarquía común que se extiende desde el generador G más grande
hasta la carga eléctrica más pequeña. Deben proporcionarse medios
para desacoplar el SSDS relativamente sensible de los efectos
potencialmente dañinos del equipo de potencia y propulsión
relativamente robusto en el PDS. Las cargas eléctricas críticas
pueden requerir suministros de potencia de alta integridad locales
propios con conversión de potencia dedicada y equipo de
almacenamiento de energía con el fin de lograr el grado requerido
de desacoplamiento del PDS. Estos suministros de potencia locales a
menudo se denominan unidades de suministro de potencia zonales
(ZPSU) y sus almacenamientos de energía a menudo se denominan
almacenamientos de energía zonales (ZES).
Puesto que el sistema FEP es un sistema de ca
varias variables pueden afectar a su diseño. Éstas incluyen entre
otras tensión, frecuencia, ángulo de fase, factor de potencia,
eventos de conmutación en el punto de ciclo, desproporción de fase,
distorsión armónica entera y no entera. Debido a que es un sistema
de ca complejo se reconoce que es muy difícil atenuar los modos
resonantes inevitables entre impedancias dispersas e intencionales
que afectan a un sistema de distribución de potencia de este tipo.
Una vez elegida una frecuencia de distribución de ca (es decir, la
frecuencia de la corriente ca llevada por las diversas barras
colectoras de ca en el sistema FEP) entonces esto influirá en gran
medida la topología de generador y en última instancia limitará la
velocidad del árbol del motor principal. En muchos casos, esto
afectará negativamente al tamaño y el rendimiento del generador y
el motor principal.
Aunque la mayoría de los sistemas FEP
convencionales distribuyen corriente ca a media tensión (CAMT),
también se conoce la distribución de corriente cc a baja tensión
(CCBT). Aunque estos sistemas CCBT derivan su corriente cc de
suministros de corriente CAMT a través de electrónica de potencia
limitada en corriente, se basan en interruptores de cc (ICC) para
interrumpir corrientes de fuga significativas.
Por ejemplo, un SSDS puede usar rectificadores
de transformador controlados por fase para derivar una tensión de
distribución CCBT a partir de un sistema de distribución CAMT
convencional. Alimentadores redundantes paralelos distribuyen la
tensión de distribución CCBT a través de cuadros de distribución que
incluyen ICC de régimen a la corriente de fuga. Cada ZPSU se
alimenta a partir de un par redundante de estos cuadros de
distribución a través de la interposición de electrónica de
potencia regulada y diodos de antialimentación de vuelta.
Otro SSDS puede usar inversores de fuente de
tensión modulados por ancho de impulso (PWM) aislados por
transformador dispuestos en oposición (a menudo denominados
convertidores de enlace MT/BT) para derivar la tensión de
distribución CCBT a partir de un sistema de distribución CAMT
convencional. La CCBT se distribuye usando una red en anillo para
proporcionar redundancia entonces a través de ICC de régimen a la
corriente de fuga a ZPSU y otras cargas eléctricas.
A diferencia de un sistema de distribución de
corriente ca convencional, un sistema de distribución de corriente
cc no experimentará inversiones de línea de corriente regulares. Los
ICC por tanto deben interrumpir la corriente de fuga causando de
manera electromecánica que los contactos se abran, causando de ese
modo que se genere tensión de arco entre los contactos. La tensión
de arco se opone a una tensión de sistema que es la suma de la
fuente de tensión de suministro de potencia que causa que la
corriente de fuga fluya y la tensión generada de manera inductiva
que se opone a cualquier reducción en la corriente de fuga. Esto
permite que la tensión de arco reduzca la corriente de fuga y
eventualmente la interrumpa por completo. A medida que la corriente
de fuga se acerca a la interrupción final, la tensión de arco
experimenta un aumento transitorio que se conoce que tensa los
componentes que se conectan al SSDS y que genera interferencia
electromagnética (EMI). Esta tensión de componente se exacerba por
la suma de la tensión de arco transitoria de ICC y la recuperación
de la tensión de distribución de SSDS que resulta de la
interrupción de la corriente de fuga que fluye en la fuente de
tensión de suministro de potencia. Se conoce la aplicación de
supresores y amortiguadores de sobretensiones transitorias a tales
sistemas de distribución de potencia para reducir las tensiones de
arco transitorias y la EMI.
También se conoce el uso de ICC híbridos que
usan una combinación de dispositivos de conmutación electrónicos de
potencia y contactos eléctricos accionados electromagnéticamente
conectados en serie de modo que los dispositivos de conmutación
electrónicos de potencia se apagan rápidamente, un supresor y
amortiguador de sobretensiones transitorias moderan el transitorio
de tensión resultante y los contactos eléctricos se abren tras la
interrupción de la corriente de fuga.
Las unidades de suministro de potencia de cc de
regulador lineal usan una técnica denominada "regresión" para
limitar la disipación del dispositivo de potencia de regulador
durante condiciones de carga de cortocircuito. Un sistema de
regresión comprende normalmente un regulador de limitación de
corriente de salida cuya referencia depende de la tensión de
salida. Si la impedancia de carga cae por debajo de un umbral
particular, la acción inicial del regulador de limitación de
corriente es causar que la tensión de salida se reduzca, seguido de
una acción regenerativa que sirve para limitar la corriente de
salida y la tensión a niveles bajos adecuados y limita la
disipación del dispositivo de potencia de regulador.
El documento US 2004/0095023 da a conocer un
sistema de distribución de potencia con todas las características
del preámbulo de las reivindicaciones 1 y 17. En particular, el
sistema de distribución de potencia incluye conmutadores
controlados que pueden operarse o usarse como interruptores que
aíslan una fuga detectada de manera instan-
tánea:
tánea:
El documento WO 2004082091 da a conocer un
interruptor electrónico para tensión de cc con alta durabilidad y
tiempos de activación muy cortos. Se proporciona un bloque de
fusibles electrónico que incluye un conmutador electrónico y un
relé. En el caso de que una corriente supere un valor límite
establecido previamente, el relé se abre un instante de tiempo tras
la saturación del conmutador electrónico para proporcionar
aislamiento galvánico. En otras palabras, se activa el relé en
ausencia de una tensión a través de sus contactos. La activación
del interruptor electrónico se controla por un microprocesador que
mide la corriente que fluye en el circuito.
La presente invención proporciona un sistema de
distribución de potencia, cuyas características esenciales se
exponen en la reivindicación 1.
En general, el sistema de distribución de
potencia incluye al menos una fuente de potencia cuya corriente de
salida se rectifica o produce de manera natural corriente cc. La
corriente de salida está preferiblemente limitada por medios de
actuación rápida (tales como un convertidor de potencia, por
ejemplo) según la característica de regresión y estabilización de
fuente de potencia que inicialmente causa que una posible corriente
de fuga máxima sea mucho mayor que para un caso limitado por
impedancia convencional, y que causa posteriormente que la
corriente de salida se conmute en una acción coordinada. La
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
también facilita la compartición de corriente entre fuentes de
potencia conectadas en paralelo incorporando un componente de
disminución de estado estacionario. Además, la característica de
regresión y estabilización de fuente de potencia también facilita
la estabilización de la tensión de distribución incorporando una
respuesta transitoria apropiada que se superpone en el componente de
disminución de estado estacionario.
Cuando se aplica una fuga de baja impedancia al
sistema de distribución de potencia, la acción de la al menos una
fuente de potencia es eventualmente causar que la corriente de fuga
se interrumpa según un procedimiento de regresión. Mientras la
interrupción de corriente de fuga progresa, sensores asociados con
la aparamenta eléctrica de protección en el cuadro de distribución
que está asociado con el trayecto de la corriente de fuga, y un
procesador electrónico asociado, detectan la fuga y determinan que
debe abrirse la aparamenta eléctrica de protección. Una vez
interrumpida la fuga, el procesador electrónico determina que éste
es el caso e indica a la aparamenta eléctrica de protección
(opcionalmente una aparamenta eléctrica de tipo de descarga) que se
abra.
Pueden conectarse varias cargas eléctricas al
sistema de distribución de potencia y éstas están reguladas
electrónicamente por los medios de actuación rápida (tal como un
convertidor de potencia, por ejemplo) según una característica de
desconexión de carga y estabilización particular que hace que la
corriente de carga se elimine de una manera que se coordina con la
conmutación de la corriente de salida mencionada anteriormente de
la al menos una fuente de potencia. Cuando la aparamenta eléctrica
de protección se abre, el efecto de la eliminación de corriente de
carga es tal como para permitir que la tensión de salida de la al
menos una fuente de potencia se recupere según un procedimiento de
regresión. La recuperación de esta tensión de salida inicia la
reaplicación de las cargas eléctricas según un procedimiento de
desconexión de carga. La característica de desconexión de carga y
estabilización también hace que una respuesta transitoria particular
de corriente de carga con respecto a la tensión de suministro se
superponga en la respuesta de estado estacionario de las cargas
eléctricas.
El procedimiento anterior también puede
iniciarse mediante otros modos de fallo que se detectan por otros
sensores y el procesador electrónico, o por instrucciones de
procesador electrónico específicas, mediante un procedimiento de
interactivación. Todos los aspectos del procedimiento son
preferiblemente programables por medios adecuados. El sistema de
distribución de potencia no requiere comunicación en serie entre la
al menos una fuente de potencia, la aparamenta eléctrica de
protección y las cargas eléctricas con el fin de operar porque el
propio sistema de distribución de potencia proporciona inteligencia
distribuida y un medio de comunicación eficaz. Todas las partes
componentes del sistema de distribución de potencia pueden operar
automáticamente y de manera autónoma. Sin embargo, si se proporciona
comunicación en serie entonces el sistema de distribución de
potencia puede beneficiarse de una mayor inteligencia y
automatización. Pueden proporcionarse controles manuales locales
para todas las partes componentes.
La potencia se distribuye a través del sistema
de distribución de potencia y en particular a uno o más subsistemas
de distribución de potencia zonales que incorporan almacenamientos
de energía zonales. Estos almacenamientos de energía zonales pueden
de manera inherente soportar flujo de potencia reversible. Los
almacenamientos de energía zonales pueden cargarse a partir del
primer sistema de distribución de servicio con el fin de
proporcionar potencia continua a cargas eléctricas conectadas a la
unidad de suministro de potencia zonal a pesar de las
interrupciones en la tensión de distribución. Sin embargo, los
almacenamientos de energía zonales también pueden suministrar
potencia de vuelta al primer sistema de distribución de potencia
para ayudar a la estabilización de la tensión de distribución.
Se emplean preferiblemente convertidores de
potencia para adaptar las salidas de todas las fuentes de potencia
a la tensión de distribución de cc apropiada y para proporcionar
limitación de corriente de fuga. Esto permite una mayor libertad de
diseño y la optimización del equipo de generación de potencia. Todas
las cargas eléctricas también se acondicionan preferiblemente por
convertidores de potencia, que ayudan activamente a estabilizar la
tensión de distribución y limitan las corrientes de fuga y los
transitorios de conmutación. Sólo es necesario optimizar el sistema
de distribución de potencia, y en particular la aparamenta eléctrica
de protección, para sus cargas de acción continua puesto que las
corrientes de fuga y transitorios de conmutación están limitados
por medios activos.
El sistema de distribución de potencia tiene
preferiblemente una topología muy redundante y reconfigurable para
proporcionar tolerancia a fallos. Esto es particularmente importante
si el sistema de distribución de potencia se usa en barcos o
submarinos navales en los que debe continuar proporcionando potencia
a sistemas críticos incluso si resultan dañadas partes componentes.
La estabilidad del sistema de distribución de potencia significa
que pueden suministrarse cargas pulsadas muy pesadas (tales como
lanzadores de proyectil de energía cinética (EC) y vehículo aéreo
no tripulado (UAV), por ejemplo). La proporción de potencia tomada
por cualquier carga eléctrica puede ajustarse de manera continua
para optimizar la eficacia y facilitar transiciones "sin
sacudidas" entre configuraciones de una única isla y múltiples
islas. La tensión de distribución puede ser inferior que en
sistemas de distribución de potencia convencionales, con respecto a
la capacidad de generación de potencia total instalada, reduciendo
de ese modo los requisitos de aislamiento y maximizando la densidad
de potencia.
La operación del sistema de distribución de
potencia es esencialmente automática pero puede incorporar modos de
inversión manual. Todas las partes componentes críticas son
preferiblemente inteligentes y autónomas. La inteligencia puede
resumirse de la siguiente manera.
Cuando se inicia una fuente de potencia (tal
como un generador, por ejemplo), su convertidor de potencia asociado
regula la tensión de salida y la eleva justo por debajo de una
tensión de salida deseada. La aparamenta eléctrica asociada de
protección detecta este estado de preparación y se cierra. La fuente
de potencia está segura frente a alimentación de vuelta, detecta
que está en línea y pasa a su característica de salida
especificada.
Cuando se produce una grave sobrecarga, la
corriente de fuga se limita mediante la característica de regresión
y estabilización de fuente de potencia. La aparamenta eléctrica de
protección localiza y clasifica rápidamente la fuga haciendo
referencia a sus sensores. Si la fuga persiste, la característica de
regresión y estabilización de fuente de potencia hace que la
tensión de salida se reduzca. Todas las cargas eléctricas se
desconectan o vuelven a los almacenamientos de energía zonales. La
aparamenta eléctrica de protección detecta que es seguro abrir la
salida afectada. Cuando se elimina la fuga, habiéndose desconectado
o habiendo vuelto las demás cargas eléctricas a los almacenamientos
de energía zonales, la tensión de salida se recupera según la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
y se elimina la característica de desconexión de carga y
estabilización.
El sistema de distribución de potencia puede
comprender adicionalmente un segundo sistema de generación de
potencia que incluye al menos una fuente de potencia para
suministrar potencia a un segundo sistema de distribución de
servicio. El segundo sistema de distribución de servicio
preferiblemente incluye al menos una barra colectora de
distribución de cc para llevar una tensión de distribución y una
corriente de distribución, y al menos un cuadro de distribución que
incluye aparamenta eléctrica de protección con contactos. El
almacenamiento de energía zonal del sistema de distribución de
potencia zonal puede conectarse al al menos un cuadro de
distribución del segundo sistema de distribución de servicio. De
este modo, el almacenamiento de energía zonal puede suministrarse
desde el primer sistema de distribución de servicio y/o el segundo
sistema de distribución de servicio.
En el caso en el que el sistema de distribución
de potencia forma parte de un sistema de propulsión y potencia
naval entonces puede incluir además un primer sistema de
accionamiento de propulsión, un segundo sistema de accionamiento de
propulsión, un primer sistema de generación de potencia de
propulsión que incluye al menos una fuente de potencia y un segundo
sistema de generación de potencia de propulsión que incluye al menos
una fuente de potencia. Cada uno de los sistemas de accionamiento
de propulsión primero y segundo puede incluir una hélice que se
acciona mediante un motor de propulsión cuyo flujo de potencia se
regula mediante un convertidor de potencia. Cada uno de los
sistemas de generación de potencia de propulsión primero y segundo
puede incluir un motor principal (tal como una turbina, por
ejemplo) que acciona un generador para suministrar potencia a un
convertidor de potencia.
El primer sistema de accionamiento de propulsión
preferiblemente tiene tres entradas de suministro de potencia,
pudiendo seleccionarse cada entrada (por medio de un sistema de
enlaces conectados manualmente u otros medios de aislamiento
adecuados, por ejemplo). La primera entrada de suministro de
potencia puede conectarse al primer sistema de generación de
potencia de propulsión, la segunda entrada de suministro de potencia
puede conectarse al segundo sistema de generación de potencia de
propulsión, y la tercera entrada de suministro de potencia puede
conectarse al al menos un cuadro de distribución del primer sistema
de generación de distribución de servicio. Por tanto, puede
suministrarse potencia al primer sistema de accionamiento de
propulsión por el primer sistema de generación de potencia de
propulsión a través de la primera entrada de suministro de potencia
y/o por el segundo sistema de generación de potencia de propulsión a
través de la segunda entrada de suministro de potencia. También
puede suministrarse potencia al primer sistema de accionamiento de
propulsión desde el primer sistema de distribución de servicio a
través de la tercera entrada de suministro de potencia. Si el
primer sistema de accionamiento de propulsión se opera en un modo
regenerativo entonces también puede usarse para suministrar
potencia al primer sistema de distribución de
servicio.
servicio.
El segundo sistema de accionamiento de
propulsión preferiblemente tiene tres entradas de suministro de
potencia, pudiendo seleccionarse cada una (por medio de un sistema
de enlaces conectados manualmente u otros medios de aislamiento
adecuados, por ejemplo). La primera entrada de suministro de
potencia puede conectarse al primer sistema de generación de
potencia de propulsión, la segunda entrada de suministro de potencia
puede conectarse al segundo sistema de generación de potencia de
propulsión, y la tercera entrada de suministro de potencia puede
conectarse al al menos un cuadro de distribución del segundo sistema
de distribución de potencia de servicio. Por tanto puede
suministrarse potencia al segundo sistema de accionamiento de
propulsión por el primer sistema de generación de potencia de
propulsión a través de la primera entrada de suministro de potencia
y/o por el segundo sistema de generación de potencia de propulsión a
través de la segunda entrada de suministro de potencia. También
puede suministrarse potencia al segundo sistema de accionamiento de
propulsión desde el segundo sistema de distribución de servicio a
través de la tercera entrada de suministro de potencia. Si el
segundo sistema de accionamiento de propulsión se opera en un modo
regenerativo entonces también puede usarse para suministrar
potencia al segundo sistema de distribución de
servicio.
servicio.
Si los cuadros de distribución de los sistemas
de distribución de servicio primero y segundo se interconectan o
enlazan de manera cruzada entonces puede proporcionarse redundancia
adicional entre los dos lados del sistema de distribución de
potencia.
El primer sistema de generación de potencia de
propulsión preferiblemente tiene primeras y segundas salidas de
suministro de potencia, pudiendo seleccionarse cada una (por medio
de un sistema de enlaces conectados manualmente u otros medios de
aislamiento adecuados, por ejemplo). La primera salida de suministro
de potencia puede conectarse a la primera entrada de suministro de
potencia del primer sistema de accionamiento de propulsión y la
segunda salida de suministro de potencia puede conectarse a la
primera entrada de suministro de potencia del segundo sistema de
accionamiento de propulsión. El primer sistema de generación de
potencia de propulsión por tanto puede suministrar potencia al
primer sistema de accionamiento de propulsión a través de la primera
salida de suministro de potencia y/o el segundo sistema de
accionamiento de propulsión a través de la segunda salida de
suministro de potencia. Si el primer sistema de generación de
potencia de propulsión tiene una tercera salida de suministro de
potencia que puede seleccionarse y se conecta al al menos un cuadro
de distribución del primer sistema de distribución de servicio
entonces también puede suministrarse potencia al primer sistema de
distribución de servicio.
El segundo sistema de generación de potencia de
propulsión preferiblemente tiene primeras y segundas salidas de
suministro de potencia, pudiendo seleccionarse cada una (por medio
de un sistema de enlaces conectados manualmente u otros medios de
aislamiento adecuados, por ejemplo). La primera salida de suministro
de potencia puede conectarse a la segunda entrada de suministro de
potencia del primer sistema de accionamiento de propulsión y la
segunda salida de suministro de potencia puede conectarse a la
segunda entrada de suministro de potencia del segundo sistema de
accionamiento de propulsión. El segundo sistema de generación de
potencia de propulsión por tanto puede suministrar potencia al
primer sistema de accionamiento de propulsión a través de la primera
salida de suministro de potencia y/o el segundo sistema de
accionamiento de propulsión a través de la segunda salida de
suministro de potencia. Si el segundo sistema de generación de
potencia de propulsión tiene una tercera salida de suministro de
potencia que puede seleccionarse y se conecta al al menos un cuadro
de distribución del segundo sistema de distribución de servicio
entonces también puede suministrarse potencia al segundo sistema de
distribución de servicio.
El sistema de distribución de potencia puede
configurarse de modo que pueda suministrarse potencia al primer
sistema de distribución de servicio a través del al menos un cuadro
de distribución mediante uno o más de los siguientes: el primer
sistema de generación de potencia, el almacenamiento de energía
zonal del subsistema de distribución de potencia zonal, un sistema
de accionamiento de propulsión que opera en un modo regenerativo,
un sistema de generación de potencia de propulsión y un sistema de
suministro de potencia remoto tal como un suministro de potencia
con base en la costa, por ejemplo. Esto proporciona un considerable
grado de redundancia.
La al menos una fuente de potencia del primer
sistema de generación de potencia es preferiblemente una o más de
los siguientes: un generador diésel, un generador de turbina de gas,
un generador de turbina de vapor, un generador de turbina de vapor
y de gas de ciclo combinado, un generador diésel de ciclo cerrado
(sin aireación), una batería, una pila de combustible, una celda de
flujo, un generador de volante de inercia, un supercondensador (es
decir, un condensador con una capacidad extremadamente alta y
densidad de energía capacitiva), y un almacenamiento de energía
magnético superconductor. Esto no debe considerarse una lista
exhaustiva y se entenderá fácilmente que pueden usarse otras
fuentes de potencia.
La al menos una fuente de potencia del primer
sistema de generación de potencia se conecta preferiblemente al al
menos un cuadro de distribución del primer sistema de distribución
de servicio mediante un convertidor de potencia.
El almacenamiento de energía zonal del
subsistema de distribución de potencia zonal también se conecta
preferiblemente al al menos un cuadro de distribución del primer
sistema de distribución de servicio mediante un convertidor de
potencia. En ambos casos, el convertidor de potencia es
preferiblemente un convertidor cc/cc modulado por ancho de
impulso.
El convertidor cc/cc preferiblemente se polariza
como un interruptor elevador cuando fluye potencia desde el primer
sistema de distribución de servicio al interior del almacenamiento
de energía zonal del subsistema de distribución de potencia zonal,
y el convertidor cc/cc se polariza como un interruptor reductor
cuando fluye potencia desde el almacenamiento de energía zonal del
subsistema de distribución de potencia zonal al interior del primer
sistema de distribución de servicio.
La tensión de salida y la corriente de salida de
la al menos una fuente de potencia del primer sistema de generación
de potencia se regula preferiblemente de modo que el flujo de
corriente es unidireccional. Una regulación adicional proporciona
que una tensión de salida de estado estacionario pueda ser la suma
de un valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga
y un componente de disminución de estado estacionario que es
proporcional a la corriente de carga de modo que la tensión de
salida de estado estacionario es según una línea de carga de estado
estacionario. Variaciones de corriente de carga transitorias
alrededor de un punto de carga de estado estacionario
preferiblemente hacen que la tensión de salida siga una línea de
carga transitoria cuyo gradiente es menor que el gradiente de la
línea de carga de estado estacionario. La corriente de estado
estacionario preferiblemente está limitada a un nivel particular. Si
la corriente de carga supera de manera transitoria el límite de
corriente de estado estacionario y se acerca a, aunque no supera, un
nivel límite de corriente transitoria particular, entonces la
tensión de salida preferiblemente se reducirá de manera transitoria
con respecto a la línea de carga de estado estacionario y se
recuperará a la línea de carga de estado estacionario cuando la
corriente de estado estacionario se reduzca por debajo del límite de
corriente de estado estacionario. Si la corriente de carga supera
de manera continua el límite de corriente de estado estacionario, o
supera el nivel límite de corriente transitoria particular, entonces
se aplica preferiblemente regresión de modo que la tensión de
salida y la corriente de salida se reducen a cero según un proceso
regenerativo, y la tensión de salida y la corriente de salida
permanecen a cero hasta que la impedancia de carga ha aumentado por
encima de un nivel particular. Si la impedancia de carga aumenta por
encima del nivel particular entonces la tensión de carga se
recupera inicialmente de manera parcial y entonces se eleva
preferiblemente hasta un punto operativo deseado.
La tensión de carga puede elevarse hasta el
punto operativo deseado según una tasa de elevación variable en el
tiempo que se especifica para minimizar transitorios de tensión
resultantes dentro del sistema de distribución de potencia.
La tensión de distribución se estabiliza
preferiblemente mediante una función de línea de carga transitoria
de la característica de regresión y estabilización de fuente de
potencia y mediante una limitación de función de tasa de cambio de
corriente de carga de la característica de desconexión de carga y
estabilización.
El primer sistema de generación de potencia
puede incluir una pluralidad de fuentes de potencia conectadas en
paralelo para suministrar potencia a un primer sistema de
distribución de servicio. En este caso, la compartición de
corriente de estado estacionario de la pluralidad de fuentes de
potencia puede coordinarse mediante una función de disminución de
estado estacionario de la característica de regresión y
estabilización de fuente de potencia de cada fuente de potencia. La
compartición de corriente transitoria de la pluralidad de fuentes
de potencia puede coordinarse mediante una función de línea de carga
transitoria de la característica de regresión y estabilización de
fuente de potencia de cada fuente de potencia.
La al menos una aparamenta eléctrica puede
incluir barras colectoras de distribución, barras colectoras
entrantes, barras colectoras salientes. Al menos un conmutador
bipolar de descarga accionado electromecánicamente se conecta
preferiblemente a las barras colectoras de distribución. La al menos
una aparamenta eléctrica se controla preferiblemente mediante un
sistema de control electrónico que incluye un procesador
electrónico, un sensor de corriente en todas las barras colectoras
de distribución, barras colectoras entrantes y barras colectoras
salientes, sensores de tensión de todas las barras colectoras de
distribución, barras colectoras entrantes y barras colectoras
salientes, entradas de interactivación, salidas de interactivación y
accionadores para actuadores de conmutador. El sistema de control
electrónico también puede incluir una interfaz de operador local y
una interfaz de control remoto.
La presente invención proporciona además un
procedimiento de control de un sistema de distribución de potencia,
cuyas características esenciales se exponen en la reivindicación
17.
La tensión de distribución se estabiliza
preferiblemente mediante una función de línea de carga transitoria
de la característica de regresión y estabilización de fuente de
potencia y mediante una limitación de función de tasa de cambio de
corriente de carga de la característica de desconexión de carga y
estabilización.
El sistema de distribución de potencia tiene
preferiblemente una secuencia de inicio de fuente de potencia en la
que:
- el valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia se ajusta inicialmente a cero;
- la al menos una fuente de potencia del primer sistema de generación de potencia detecta la necesidad de iniciar el suministro de potencia mediante la detección de una de (a) la presencia de tensión de distribución resultante del cierre del al menos un cuadro de distribución del primer sistema de distribución de servicio, (b) una instrucción de inicio prioritaria que se genera automáticamente dentro del sistema de distribución de potencia, (c) una instrucción de inicio prioritaria que se genera manualmente dentro del sistema de distribución de potencia, y (d) una instrucción de inicio prioritaria que se genera de manera remota;
- al detectar la necesidad de iniciar el suministro de potencia, se inicia la al menos una fuente de potencia y el valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia se eleva hasta un punto operativo deseado.
La tensión de carga puede elevarse hasta el
punto operativo deseado según una tasa de elevación variable en el
tiempo que se especifica según la capacidad dinámica de la al menos
una fuente de potencia y la necesidad de permitir que la al menos
una fuente de potencia suministre progresivamente una proporción
creciente de la corriente de carga total en el sistema de
distribución de potencia para minimizar transitorios de tensión
resultantes dentro del sistema de distribución de potencia.
La característica de desconexión de carga y
estabilización incluye preferiblemente la etapa de regular la
corriente de carga según un límite de corriente de modo que se
permite que corriente de carga alcance cualquier valor deseado pero
siempre está sujeta a funciones de regulador prioritarias que:
- limitan la tasa de cambio de corriente de carga resultante de transitorios de tensión de distribución; y
- se oponen a cualquier acción que de otro modo causaría que la corriente de carga superara el límite de corriente;
- y en el que el límite de corriente:
- es ajustable hasta y no supera un valor particular de límite de corriente;
- se mantiene constante cuando la tensión de suministro supera un umbral de desconexión de carga;
- se reduce progresivamente a medida que la tensión de suministro se reduce por debajo del umbral de desconexión de carga y en todos los niveles de tensión de suministro por encima de una tensión cargada mínima absoluta;
- se ajusta a cero cuando la tensión de suministro es menor que la tensión cargada mínima absoluta;
- se ajusta a cero cuando la tensión de suministro aumenta desde un valor menor que la tensión cargada mínima absoluta y hasta un valor particular; y
- se aumenta progresivamente a medida que se aumenta la tensión de suministro.
Todos los parámetros de la característica de
regresión y estabilización de fuente de potencia, la característica
de desconexión de carga y estabilización y la secuencia de inicio de
fuente de potencia son preferiblemente programables mediante
cualquier medio conveniente.
El sistema de distribución de potencia tiene
preferiblemente una secuencia de protección de sobrecorriente en
una situación en la que se produce una fuga de baja impedancia en el
sistema de distribución de potencia, incluyendo la secuencia de
protección de sobrecorriente las etapas de:
- localizar la fuga de baja impedancia dentro del sistema de distribución de potencia;
- limitar la corriente de fuga y tensión de distribución aplicando la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia;
- limitar la corriente de carga aplicando la característica de desconexión de carga y estabilización;
- detectar la interrupción de la fuga;
- abrir los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación parcial de la tensión de distribución causada por la apertura de los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación completa de la tensión de distribución causada por la aplicación de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia; y
- esperar hasta la reaplicación de la corriente de carga causada por la aplicación de la característica de desconexión de carga y estabilización.
El sistema de distribución de potencia tiene
preferiblemente una secuencia de gestión de potencia o protectora
de propósito general que incluye las etapas de:
- detectar una condición de fuga o el establecimiento de cualquier condición de gestión de potencia que requiera que se abran los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- generar una instrucción de interactivación prioritaria;
- limitar la tensión de distribución aplicando la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia;
- limitar la corriente de carga aplicando la característica de desconexión de carga y estabilización;
- detectar una interrupción de corriente de carga;
- abrir los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación parcial de la tensión de distribución causada por la apertura de los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación completa de la tensión de distribución causada por la aplicación de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia; y
- esperar hasta la reaplicación de la corriente de carga causada por la aplicación de la característica de desconexión de carga y estabilización.
El almacenamiento de energía zonal del
subsistema de distribución de potencia zonal puede recibir potencia
desde, o suministrar potencia a, el primer sistema de distribución
de servicio. La potencia se regula preferiblemente con el fin de:
recargar el almacenamiento de energía zonal, suministrar potencia al
suministro de potencia zonal del subsistema de distribución de
potencia zonal, suministrar potencia al primer sistema de
distribución de servicio, proporcionar un almacenamiento de energía
en volumen, suministrar potencia de manera continua para cualquier
fin, suministrar potencia de manera transitoria para ayudar a
estabilizar la tensión de distribución, suministrar potencia de
manera transitoria para dar soporte a otras fuentes de potencia que
tienen una mala respuesta transitoria, proporcionar aislamiento
entre el almacenamiento de energía zonal y el primer sistema de
distribución de servicio para permitir que el suministro de potencia
zonal opere de manera independiente cuando el primer sistema de
distribución de servicio está sujeto a un fallo, o permitir que el
primer sistema de distribución de servicio opere de manera
independiente del almacenamiento de energía zonal cuando el
almacenamiento de energía zonal o el suministro de potencia zonal
está sujeto a un fallo.
La figura 1 es un diagrama esquemático de un
sistema de propulsión y potencia naval convencional que emplea
propulsión completamente eléctrica (FEP);
la figura 2 es un diagrama esquemático de un
sistema de distribución de potencia según la presente invención;
la figura 3 es un diagrama que muestra la
característica de tensión de salida frente a la característica de
corriente de salida de una fuente de potencia que forma parte del
sistema de distribución de potencia de la figura 2;
la figura 4 es un diagrama que muestra la
característica de corriente de carga frente a la característica de
tensión de suministro de una carga eléctrica que forma parte del
sistema de distribución de potencia de la figura 2;
la figura 5 es un diagrama esquemático de
aparamenta eléctrica de protección que forma parte del sistema de
distribución de potencia de la figura 2; y
la figura 6 es un diagrama que muestra la
característica de tensión de salida frente a la característica de
corriente de salida de una fuente de potencia que forma parte del
sistema de distribución de potencia de la figura 2, en el que se
muestra el efecto de desconexión de carga incompleta.
Aunque la siguiente descripción va dirigida a un
sistema de distribución de potencia para aplicaciones navales, y en
particular a un sistema de distribución de potencia muy adecuado
para barcos y submarinos navales, se entenderá fácilmente que
pueden usarse una topología y un procedimiento de control similares
en otros tipos de sistemas de distribución de potencia tales como
sistemas terrestres o de aeronaves, por ejemplo.
La topología básica de un sistema de
distribución de potencia según la presente invención se describirá a
continuación en referencia a la figura 2. Debe apreciarse que todas
las entradas, salidas, terminales e interconexiones de la figura 2
son de tipo de corriente continua bipolar.
Un primer sistema de generación de potencia de
propulsión (PPGS) incluye una turbina 1 que acciona un generador 2
para suministrar potencia a un convertidor 3 de salida. De manera
similar, un segundo PPGS incluye una turbina 10 que acciona un
generador 11 para suministrar potencia a un convertidor 12 de
salida. Un primer sistema de accionamiento de propulsión (PDS)
incluye una hélice 6 que se acciona mediante un motor 5 de
propulsión cuyo flujo de potencia se regula mediante un convertidor
4 de propulsión. De manera similar, un segundo PDS comprende una
hélice 9 que se acciona mediante un motor 8 de propulsión cuyo flujo
de potencia se regula mediante un convertidor 7 de propulsión. Los
convertidores 3 y 12 de salida tienen cada uno tres conjuntos de
terminales de salida y los convertidores 4 y 7 de propulsión tienen
cada uno tres conjuntos de terminales de entrada, teniendo todos
estos terminales disposiciones de enlace que se describirán con más
detalle posteriormente.
Los generadores 2 y 11 pueden implementarse
usando cualquier número de diferentes componentes y la elección
normalmente se verá influida por el tipo de motor principal. Por
ejemplo, para turbinas de gas convencionales los generadores pueden
implementarse usando la gama Two Pole Turbo de alternadores
síncronos de polo sólido suministrados por Converteam Ltd de
Boughton Road, Rugby, Warwickshire, CV21 1BU, Reino Unido (en lo
sucesivo denominada "Converteam"). Para turbinas de mayor
velocidad los generadores pueden implementarse usando Motor Grand
Vitesse (variante de generador de inducción) suministrado por
Converteam. Finalmente, para turbinas de menor velocidad y motores
diésel los generadores pueden implementarse usando las gamas ALPHA,
BETA y GAMMA de máquinas síncronas de polo saliente suministradas
por Converteam.
Los convertidores 4 y 7 de propulsión pueden
implementarse usando las gamas VDM2500, MV7000 y MV3000 de
inversores de fuente de tensión modulados por ancho de impulso
(PWM) suministrados por Converteam.
Los motores 5 y 8 de propulsión pueden
implementarse usando motores de inducción avanzada suministrados por
Converteam.
Un primer sistema de generación de potencia de
servicio de barco (SSPGS) comprende un motor 13 diésel que acciona
un generador 14 para suministrar potencia a un convertidor 15 de
salida. De manera similar, un segundo SSPGS comprende un motor 17
diésel que acciona un generador 18 para suministrar potencia a un
convertidor 19 de salida. Una pluralidad de subsistemas de
distribución potencia zonales comprende cada uno una unidad 23 de
suministro de potencia zonal (ZPSU) que alimenta potencia a un
sistema de distribución de baja tensión (BT) convencional y toma
potencia de un almacenamiento 22 de energía zonal (ZES) que se
conecta a un primer convertidor 21 de cc/cc y a un segundo
convertidor 24 de cc/cc. En la figura 2, se muestran tres
subsistemas de distribución de potencia zonales, aunque en la
práctica pueden usarse más o menos.
Los generadores 14 y 18 pueden implementarse
usando las gamas ALPHA, BETA y GAMMA de las máquinas síncronas de
polo saliente suministradas por Converteam.
Los convertidores 15 y 19 de salida pueden
implementarse usando las gamas VDM2500, MV7000 y MV3000 de
inversores de fuente de tensión modulados por ancho de impulso
(PWM) suministrados por Converteam.
Los convertidores 21 y 24 de cc/cc y la ZPSU 23
pueden implementarse usando módulos DELTA suministrados por
Converteam Ltd.
Un primer sistema de distribución de servicio de
barco (SSDS) incluye barras 25, 27 y 29 colectoras de distribución
de cc, interpuestas mediante cuadros 16, 26 y 28 de distribución que
se describen con más detalle posteriormente. De manera similar, un
segundo SSDS incluye barras 30, 32 y 34 colectoras de distribución
de cc, interpuestas mediante cuadros 20, 31 y 33 de distribución.
En la figura 2, los SSDS primero y segundo comprenden cada uno tres
cuadros de distribución, estando asociada esta cantidad con la
cantidad de subsistemas de distribución de potencia zonales
mostrados, aunque en la práctica pueden usarse más o menos. Un
suministro 39 de costa se conecta a un convertidor 38 de salida de
suministro de costa.
Las diversas partes que componen el sistema de
distribución de potencia se interconectan de la siguiente
manera:
la primera entrada del convertidor 4 de
propulsión se conecta a la primera salida del convertidor 3 de
salida mediante la interconexión 41.
La segunda entrada del convertidor 4 de
propulsión se conecta a la primera salida del convertidor 12 de
salida mediante la interconexión 43.
La tercera entrada del convertidor 4 de
propulsión se conecta a la primera salida del cuadro 16 de
distribución mediante la interconexión 42.
La primera entrada del convertidor 7 de
propulsión se conecta a la segunda salida del convertidor 3 de
salida mediante la interconexión 46.
La segunda entrada del convertidor 7 de
propulsión se conecta a la segunda salida del convertidor 12 de
salida mediante la interconexión 44.
La tercera entrada del convertidor 7 de
propulsión se conecta a la primera salida del cuadro 20 de
distribución mediante la interconexión 45.
La salida del convertidor 15 de salida se
conecta a la primera entrada del cuadro 16 de distribución.
La salida del convertidor 19 de salida se
conecta a la primera entrada del cuadro 20 de distribución.
La tercera salida del convertidor 3 de salida se
conecta a la segunda entrada del cuadro 16 de distribución mediante
la interconexión 47.
La tercera salida del convertidor 12 de salida
se conecta a la segunda entrada del cuadro 20 de distribución
mediante la interconexión 48.
Los terminales de suministro del convertidor 21
de cc/cc se conectan a la segunda salida del cuadro 16 de
distribución.
Los terminales de suministro del convertidor 24
de cc/cc se conectan a la segunda salida del cuadro 20 de
distribución.
Los terminales de enlace cruzado del cuadro 16
de distribución se enlazan con los terminales de enlace cruzado del
cuadro 20 de distribución mediante el enlace 35 cruzado.
Los terminales de enlace cruzado del cuadro 26
de distribución se enlazan con los terminales de enlace cruzado del
cuadro 31 de distribución mediante el enlace 36 cruzado, y a los
terminales de salida del convertidor 38 de salida mediante el
enlace 37 de suministro de costa.
De manera similar, los cuadros 26, 28, 31 y 33
de distribución se conectan a subsistemas de distribución de
potencia zonales adicionales.
De manera similar, los cuadros 28 y 33 de
distribución se conectan mediante el enlace 40 cruzado.
Se apreciará fácilmente que los términos
"entrada" y "salida" se refieren a la dirección de flujo
de potencia normal pero puede suceder que la potencia fluya de una
entrada y hacia una salida en determinadas circunstancias. Por
ejemplo, normalmente la potencia fluirá a través de la interconexión
42 desde la primera salida del cuadro 16 de distribución hasta la
tercera entrada del convertidor 4 de propulsión. Sin embargo, si el
motor 5 de propulsión se operara en un modo regenerativo entonces
la potencia podría fluir a través de la interconexión 42 desde la
tercera entrada del convertidor 4 de propulsión hasta la primera
salida del cuadro 16 de distribución.
El proceso por el que se interrumpe la corriente
que fluye en un cortocircuito o fuga de baja resistencia se
describirá a continuación en referencia a la figura 3. Para la
presente descripción, se considera que se produce una fuga dentro
del convertidor 21 de cc/cc. Una corriente de carga variable fluye
antes de la fuga y se considera que la acción protectora de una
fuente de potencia que comprende el motor 13 diésel, el generador
14 y el convertidor 15 de salida interrumpe la fuga. Sin embargo,
debe observarse que la siguiente descripción es aplicable
igualmente a fugas que pueden producirse en cualquier lugar dentro
del sistema de distribución de potencia y a cualquier fuente de
potencia que alimenta el sistema de distribución de potencia.
La figura 3 muestra la característica de tensión
de salida frente a la corriente de salida variable para una fuente
de potencia que comprende el motor 13 diésel, el generador 14 y el
convertidor 15 de salida. El motor 13 diésel está regulado por un
regulador convencional y se ajusta para marchar a cualquier
velocidad de rotación conveniente. El generador 14 se regula
mediante un regulador de tensión automático (AVR) convencional y la
tensión de salida del generador se ajusta a cualquier nivel
conveniente. El convertidor 15 de salida se regula mediante un
regulador (que no se muestra) según una característica de regresión
y estabilización mostrada en la figura 3; siendo esta
característica sustancialmente independiente de las acciones del
regulador y del AVR convencionales. Puede usarse cualquier tipo de
regulador conveniente con el fin de regular el convertidor 15 de
salida, aunque el tipo preferido sería un regulador digital
programable.
Se proporciona un valor de referencia de tensión
de barra colectora de descarga (el "valor de referencia") al
regulador del convertidor 15 de salida y las demás zonas de la
característica de regresión y estabilización se derivan de éste. En
la operación normal a medida que la corriente de carga en el
convertidor 21 de cc/cc se aumenta progresivamente, la corriente de
salida en el convertidor 15 de salida también aumenta
progresivamente y la tensión de salida del convertidor 15 de salida
se reduce según una línea de carga de estado estacionario que
disminuye con respecto al valor de referencia según la disminución
de estado estacionario. La disminución de estado estacionario puede
ser proporcional a la corriente de salida o puede adaptarse a
cualquier otra característica adecuada. Mediante la acción del
regulador de actuación rápida, los cambios transitorios en la
corriente de carga y la corriente de salida equivalente harán que la
tensión de salida se desplace de la línea de carga de estado
estacionario. Si los valores de corriente de salida y tensión
promedio de estado estacionario están en el punto de carga de
estado estacionario mostrado en la figura 3, y se producen
perturbaciones de corriente de salida transitorias alrededor del
punto de carga de estado estacionario, la tensión de salida se
adaptará a la línea de carga transitoria alrededor del punto de
carga de estado estacionario de ejemplo. La línea de carga
transitoria se representa en la figura 3 mediante las flechas
discontinuas que se extienden a ambos lados del punto de carga de
estado estacionario y puede desplazarse de la línea de carga de
estado estacionario un grado que puede ser proporcional a la
perturbación transitoria de corriente de salida, o puede adaptarse
a cualquier otra característica adecuada.
La corriente de salida está sujeta a un límite
de corriente transitorio prioritario de actuación rápida de modo
que la tensión de salida se reduce con el fin de impedir que el
nivel instantáneo de corriente de salida supere el límite de
corriente transitoria. La corriente de carga también está sujeta a
un límite de corriente de estado estacionario de modo que la
tensión de salida se reduce con el fin de impedir que el nivel de
corriente de salida promedio de estado estacionario supere el
límite de corriente de estado estacionario. Si la resistencia de
carga cae por debajo de la del gradiente de la característica de
regresión de estado estacionario entonces se aplica regresión. Esto
significa que el límite de corriente de salida transitoria se reduce
hasta un nivel que depende de la tensión de salida, siendo esta
dependencia tal como para causar la reducción regenerativa de la
corriente de salida y la tensión de salida. La acción regenerativa
converge en un punto en el que la corriente de salida y la tensión
de salida se han reducido aproximadamente a cero. En la práctica,
cuando se aplica una fuga en un momento en el que la corriente de
salida de estado estacionario está aproximándose al límite de
corriente de estado estacionario, la corriente de salida aumentará
rápidamente hasta que la acción del límite de corriente transitoria
haga que la tensión de salida se desplome. Entonces se aplica
regresión y se dice que la fuga se interrumpe cuando la corriente
de salida y la tensión de salida se aproximan a cero. La
característica de regresión práctica es tal que el nivel mínimo de
límite de corriente transitoria es un nivel pequeño, distinto de
cero, por motivos que se explicarán a continuación.
En el punto en el que la corriente de fuga
prácticamente se ha interrumpido, un nivel de corriente de salida
pequeño, distinto de cero, fluirá a la carga representada por el
convertidor 21 de cc/cc a través de la aparamenta eléctrica de
protección en el cuadro 16 de distribución. Si esta aparamenta
eléctrica se abre y puede interrumpir el nivel de corriente
pequeño, distinto de cero, entonces aumentará la tensión de
distribución, siempre que no esté presente otra carga.
En el caso en que no esté presente otra carga,
se sabe que la fuga se ha eliminado cuando la tensión de
distribución aumenta. Puesto que la resistencia de carga ha
aumentado por encima del gradiente de la característica de
regresión de estado estacionario cuando la tensión de distribución
aumenta, la acción regenerativa de la regresión se libera y la
tensión de distribución vuelve al nivel ajustado por el valor de
referencia.
En el caso en que se conecta una carga adicional
en paralelo con el convertidor 21 de cc/cc, la regresión no se
libera si la resistencia que presenta esta carga es menor que la del
gradiente de la característica de regresión de estado estacionario.
Cuando se conectan en paralelo múltiples cargas, y deben volver a la
operación tras la interrupción y la eliminación de la fuga, es
necesario que pierdan carga cuando la tensión de distribución se
reduce por debajo de los niveles de trabajo normales con el fin de
permitir que se libere la regresión.
Un beneficio de la característica de regresión y
estabilización de la presente invención es que se hace que la
aparamenta eléctrica de protección opere en condiciones de corriente
de casi cero - tensión de casi cero, evitando así la necesidad de
emplear aparamenta eléctrica convencional en la que se usa un
aparato de control de arco complejo para oponerse a la corriente
continua. La característica de regresión y estabilización también
facilita la conexión en paralelo de múltiples y distintos tipos de
fuentes de potencia puesto que las características de salida de
fuente de potencia respectivas pueden controlarse mediante funciones
de regulador y electrónica de potencia de actuación rápida. De este
modo pueden desacoplarse las características de impedancia natural
y respuesta de distintos tipos de generador.
La característica asociada de desconexión de
carga y estabilización se describirá a continuación con más detalle
en referencia a la figura 4. Para la presente descripción, se
considera que se produce la misma fuga como se describió
anteriormente en referencia a la figura 3 dentro del convertidor 21
de cc/cc, mientras que se presenta una carga adicional por un
accionamiento de propulsión que comprende la hélice 6, el motor 5 de
propulsión y el convertidor 4 de propulsión. Esto significa que el
convertidor 21 de cc/cc y la carga adicional se conectan en
paralelo. Una corriente de carga variable fluye antes de la fuga y
se considera que la acción protectora de una fuente de potencia que
comprende el motor 13 diésel, el generador 14 y el convertidor 15 de
salida interrumpe la fuga.
Antes de que se produzca la fuga en el
convertidor 21 de cc/cc, la corriente de salida del convertidor 15
de salida es la suma de las corrientes de carga tomadas por el
convertidor 21 de cc/cc y el accionamiento de propulsión. La carga
de accionamiento de propulsión se regula mediante el regulador que
controla el convertidor 4 de propulsión. La carga de accionamiento
de propulsión puede regularse para conseguir potencia propulsora
constante o para satisfacer cualquier otro requisito operativo, pero
el caso de potencia constante es adecuado para explicar la
característica de desconexión de carga y estabilización. Si el
convertidor 4 de propulsión toma potencia propulsora constante
entonces su corriente de carga será de manera aproximada
inversamente proporcional a su tensión de suministro. (Una
reducción en la tensión de suministro se asocia con un aumento en la
corriente de carga con el fin de mantener una potencia constante).
Se conoce que los convertidores de propulsión tienen una función de
límite de corriente de suministro que impide que se supere el límite
de corriente de régimen cuando la carga del convertidor de
propulsión está a la potencia de régimen y la tensión de suministro
se reduce por debajo del mínimo de régimen. La figura 4 muestra
tres curvas de tensión de suministro y la corriente de carga cuando
está a potencia constante. La curva de potencia constante más alta
es específica de "potencia de régimen constante" y ésta
interseca con las líneas de límite de corriente de régimen y tensión
mínima para la carga de régimen. Si la tensión de suministro se
reduce por debajo de esta intersección entonces la corriente de
carga se mantiene inicialmente constante al nivel de límite de
corriente de régimen y la potencia de carga de propulsión se reduce
proporcionalmente con la tensión de suministro. Si la tensión de
suministro se reduce por debajo de un umbral de desconexión de
carga entonces se dice que se aplica desconexión de carga y la
corriente de carga se desvía del límite de corriente de régimen
conocido y se regula según un primer límite de corriente que
depende de la tensión de suministro. Esto significa que la potencia
de carga de propulsión se reduce según una ley de orden más alto
que la proporcionalidad con la tensión de suministro. Se aplica
desconexión de carga hasta que la tensión de suministro se reduce
hasta una tensión cargada mínima absoluta particular, por debajo de
la cual se considera que la tensión de distribución se ha desplomado
como resultado de una fuga y se produce activación de tensión
baja.
Cuando se produce la activación de tensión baja,
el accionamiento de propulsión asume un estado controlado en el que
su corriente de suministro se desconecta por el convertidor 4 de
propulsión y el accionamiento de propulsión permanece bajo control
para permitir un reinicio rápido una vez eliminadas las condiciones
de fuga. El accionamiento de propulsión permanece en este estado
controlado hasta que la tensión de suministro ha aumentado hasta un
nivel particular en el que se libera la desconexión de carga y se
permite que la corriente de carga aumente según un segundo límite
de corriente que depende de la tensión de suministro hasta que se
reanuda el funcionamiento normal (no limitado en corriente).
La característica de desconexión de carga
descrita anteriormente es beneficiosa para permitir que un
accionamiento de propulsión, o cualquier otra carga, tome potencia
de un suministro, de manera útil, siempre que la tensión de
suministro esté dentro de los límites prescritos. La "curva de
potencia reducida constante" muestra cómo la corriente de
suministro no tendría limitación hasta que la tensión de suministro
se redujera hasta el punto en el que la curva de corriente de carga
interseca con las líneas de límite de corriente de régimen y de
umbral de desconexión de carga. La curva de "potencia reducida
constante a baja tensión de suministro permitida" muestra cómo
la corriente de suministro no tendría limitación cuando se operara
un accionamiento de propulsión relativamente a baja potencia de
salida con una tensión de suministro significativamente menor que el
intervalo de "tensiones para carga de régimen". La presente
invención permite la capacidad de un accionamiento de media
tensión, por ejemplo, con un régimen de suministro nominal de 5 kV
para operar a partir de un suministro de potencia de SSDS con un
régimen de tensión de suministro nominal de, por ejemplo, 750 V y
proporciona una ventaja técnica distinta respecto a los sistemas de
distribución de potencia convencionales. Además, la característica
de desconexión de carga por debajo de la "tensión cargada mínima
absoluta" en la presente invención es beneficiosa para permitir
liberar la regresión de fuente de potencia, siempre que se indique a
la aparamenta eléctrica de protección que se abra con el fin de
eliminar la fuga.
Otro aspecto de la característica de desconexión
de carga y estabilización es la regulación de una carga para
minimizar la tasa de cambio de corriente de carga que puede surgir
en respuesta a una variación transitoria en la tensión de
suministro u otra perturbación dentro del sistema de accionamiento.
En este caso, si una carga está operando en el "punto de carga de
estado estacionario de ejemplo" (a una tensión de suministro
entre los niveles mínimo y nominal) y se producen fluctuaciones en
la tensión de suministro, la corriente de carga se desviará de la
curva de potencia constante y adoptará la "línea de carga
transitoria alrededor del punto de carga de estado estacionario de
ejemplo". El lector experto sabrá que la resistencia de carga
dinámica mínima que puede aplicarse a una fuente de potencia, que
tiene una resistencia de fuente dinámica particular, sin provocar
inestabilidad, está en función de la resistencia de fuente dinámica
(es decir, si la resistencia de carga dinámica es demasiado baja,
la tensión de distribución no puede estabilizarse). La
característica de desconexión de carga y estabilización de la
presente invención proporciona, por tanto, los medios necesarios
para garantizar que la resistencia de carga dinámica es
suficientemente grande, con respecto a la resistencia de fuente
dinámica, para garantizar que se consigue la estabilidad de la
tensión de distribución. Debe observarse que las expresiones
"resistencia de fuente dinámica" y "resistencia de carga
dinámica" no implican que deban emplearse la resistencia física
real y la disipación de energía consiguiente con el fin de
estabilizar la tensión de distribución. Por el contrario, las
expresiones se refieren a funciones de control clásicas que imitan
los efectos y funciones de transferencia de componentes pasivos
equivalentes. La característica de desconexión de carga y
estabilización también facilita que la conexión en paralelo de más
de una carga a un punto de acoplamiento común y compartición de
carga sea eficaz a través de un amplio intervalo de tensiones de
suministro. Cuando se conectan en paralelo grupos de cargas y
fuentes de potencia, la resistencia de carga dinámica total que
experimenta el grupo de fuentes de potencia es la combinación en
paralelo de las características de carga y éstas pueden programarse
para conseguir una operación estable con la máxima resistencia de
fuente dinámica diseñada. Como se añaden fuentes de potencia
conectadas en paralelo a la red de distribución, se reduce la
resistencia de fuente dinámica y aumentarán los márgenes de
estabilidad.
En la topología de distribución de potencia de
la figura 2, de manera rutinaria puede hacerse que los convertidores
21 y 24 de cc/cc operen como cargas durante parte del tiempo, y
como fuentes de potencia durante el resto del tiempo. Cuando se
carga un ZES 22 y/o se alimenta potencia a una ZPSU 23, los
reguladores de los convertidores 21 y 24 de cc/cc deben cumplir con
la característica de desconexión de carga y estabilización
mencionada anteriormente. Cuando un ZES 22 está alimentando
potencia a un SSDS a través de los convertidores 21 y 24 de cc/cc,
los reguladores de los convertidores 21 y 24 de cc/cc deben cumplir
con la característica de regresión y estabilización mencionada
anteriormente. Se requiere transferencia bidireccional sin etapas
entre estas características. También puede darse a los
accionamientos de propulsión la capacidad de flujo de potencia
bidireccional.
Cuando no se requiere o no se permite que una
fuente de potencia reciba potencia de otra fuente de potencia, se
emplea la zona de antialimentación de vuelta de la característica de
regresión y estabilización mostrada en la figura 3. Así, puede
conectarse una tensión de suministro preexistente a la salida de una
fuente de potencia y su tensión de salida puede elevarse hasta que
se elimine la zona de antialimentación de vuelta de la
característica y la fuente de potencia emita potencia. Un beneficio
de la función de antialimentación de vuelta es que la aparamenta
eléctrica para el SSDS puede cerrarse sobre una salida de fuente de
potencia sin sufrir corriente de entrada o requerir que la fuente
de potencia tenga el aparato de sincronización complejo normalmente
asociado con sistemas de distribución de corriente alterna.
La operación de la aparamenta eléctrica de
protección dentro de los cuadros 16, 26, 28, 20, 31 y 33 de
distribución se describirá a continuación en referencia a la figura
5. Debe observarse que la figura 5 se muestra en formato bipolar
completo en lugar de en el formato unifilar usado en la figura 1 por
motivos que se describirán con más detalle posteriormente. La
funcionalidad de los cuadros 16, 26, 28, 30, 31 y 33 de distribución
es según un proceso genérico y esta funcionalidad genérica se
describirá sin referencia detallada al circuito exacto dentro de
ningún cuadro de distribución particular. El conjunto de circuitos
detallado de cuadros de distribución particulares difiere del del
cuadro de distribución genérico mostrado en la figura 5 sólo con
respecto al número de entradas y salidas conmutadas. Se apreciará
que un cuadro de distribución puede fabricarse con cualquier número
de entradas y salidas conveniente.
El cuadro de distribución genérico de la figura
5 incluye una pluralidad de terminales de potencia. La mitad de los
terminales de potencia (concretamente los etiquetados como 101, 105,
108, 110 y 112) están asociados con el polo positivo (+) del
sistema de corriente continua. La otra mitad de los terminales de
potencia (concretamente los etiquetados como 102, 106, 107, 109 y
111) están asociados con el polo negativo (-) del sistema de
corriente continua.
También se proporcionan dos barras colectoras de
distribución. La primera barra 103 colectora está asociada con el
polo positivo del sistema de corriente continua y la segunda barra
104 colectora está asociada con el polo negativo del sistema de
corriente continua. Varios enlaces individuales conectan los
terminales de potencia a la primera y segunda barras 103 y 104
colectoras. La mitad de los enlaces (concretamente los etiquetados
como 113, 117 y 116) están asociados con el polo positivo del
sistema de corriente continua. La otra mitad de los enlaces
(concretamente los etiquetados como 114, 118 y 115) están asociados
con el polo negativo del sistema de corriente continua.
El cuadro de distribución incluye dos
conmutadores 119 y 120 accionados por motor bipolares y un sistema
de control. El sistema de control incluye un procesador 139
electrónico, una primera serie de sensores 129, 137, 132, 134 y 136
de corriente asociados con el polo positivo del sistema de corriente
continua, una segunda serie de sensores 130, 138, 131, 133 y 135 de
corriente asociados con el polo negativo del sistema de corriente
continua, una primera serie de sensores 128, 121, 123 y 125 de
tensión asociados con el polo positivo del sistema de corriente
continua, una segunda serie de sensores 127, 122, 124 y 126 de
tensión asociados con el polo negativo del sistema de corriente
continua, una interfaz 140 de operador local, una interfaz 143 de
control remoto, y dos interfaces 141 y 142 de interactivación
asociadas con los conmutadores 119 y 120, respectivamente.
El procesador 139 electrónico puede
implementarse usando un microcontrolador PECe suministrado por
Converteam. Los conmutadores 119 y 120 pueden implementarse usando
interruptores de corriente continua de alta velocidad de tipo de
bastidor y carcasa moldeada accionados por motor exclusivos,
interconectados de manera adecuada al microcontrolador PECe.
Los enlaces 113, 117, 116, 114, 118 y 115 son
enlaces atornillados manualmente que permiten al usuario aislar
secciones del sistema de distribución de potencia, pero se apreciará
que estos enlaces pueden sustituirse por conmutadores adicionales
accionados por motor bipolares si se desea.
Para la presente descripción se considera que
los terminales 111 y 112 de potencia están conectados a una fuente
de potencia y se considera que los terminales 109 y 110 de potencia
están conectados a una carga.
El proceso de operación de la aparamenta
eléctrica se describirá a continuación sin referencia detallada al
sistema de control. Éste se describirá con más detalle
posteriormente.
Cuando se produce una fuga de baja resistencia
en la carga, la corriente de fuga fluye al interior del terminal
112 de potencia, a través de la barra 103 colectora de distribución,
fuera del terminal 110 de potencia, de vuelta al interior del
terminal 109 de potencia, a través de la barra 104 colectora de
distribución y fuera del terminal 111 de potencia. El circuito se
completa mediante los conmutadores 119 y 120 bipolares. El sistema
de control puede determinar que la fuga se ha producido en la carga
y facilita una secuencia protectora abriendo el conmutador 119
bipolar sólo cuando fluye corriente cero en este conmutador. Se
reconocerá que el conmutador 120 bipolar también puede abrirse
cuando fluye corriente cero a través de este conmutador, pero esto
no se prefiere cuando otras cargas se conectan a la fuente de
potencia por las barras 103 y 104 colectoras de distribución porque
estas cargas pueden depender de la reanudación del flujo de potencia
desde la fuente de potencia tras la interrupción y la eliminación
de la fuga descrita anteriormente.
Algunos de los beneficios proporcionados por el
sistema de control se describirán a continuación.
El procesador 139 electrónico muestrea de manera
repetitiva las señales generadas por los sensores 129 a 138 de
corriente y los sensores 121 a 128 de tensión con una respuesta
suficientemente rápida para permitir determinar la naturaleza de
una fuga. Se ha descrito una fuga de baja resistencia y la presencia
de esta fuga, y su naturaleza exacta, se identificaría por los
sensores 136, 134, 133 y 135 de corriente en conjunción con los
sensores 123 y 124 de tensión. Mientras que la detección de la
corriente de fuga se realice antes de que el proceso de regresión
se vuelva regenerativo, y la corriente de fuga se interrumpa, la
detección de corriente es suficiente para identificar el comienzo y
la ubicación de la fuga. Una vez que la regresión se ha vuelto
regenerativa, la corriente de fuga se ha interrumpido y la tensión
de distribución se ha desplomado hasta aproximadamente cero, el
procesador 139 electrónico determina que es seguro abrir un
conmutador y el conmutador 119 se abre. Como se mencionó de manera
breve anteriormente, el conmutador 119 normalmente se abriría
preferiblemente frente al conmutador 120 si el procesador 139
electrónico sabe que otras cargas estaban suministrándose con
potencia antes del comienzo de la fuga. La presencia de otras
cargas se detectaría detectando la corriente de carga usando los
sensores 129, 132, 137, 130, 131 y 138.
Será evidente que un procesador 139 electrónico
y una disposición global de sensores de este tipo podrían detectar
una amplia variedad de otros tipos de fuga y que estas fugas pueden
provocar asimetría de flujo de corriente en los polos positivo y
negativo del sistema de corriente continua. Por ejemplo, se sabe que
una fuga a tierra causaría que la corriente fluyera sólo en un
polo. De manera similar, se produciría una asimetría en las
tensiones durante una fuga a tierra. Por tanto es necesario que el
sistema de control pueda causar que se ejerza la característica de
regresión en momentos en que las corrientes de salida de fuente de
potencia no sean excesivas y esto se realiza mediante un proceso de
interactivación. Si el procesador 139 electrónico determina que es
necesario abrir cualquier conmutador particular cuando está llevando
corriente y hay tensión de distribución presente, en primer lugar
debe causar interactivación. En la figura 5, las señales 141 y 142
de interactivación están dedicadas a tal comunicación con la fuente
de potencia conectada a los terminales 112 y 111, y la carga
conectada a los terminales 110 y 109, respectivamente. Si una señal
interactivación se emite a la interfaz 142, la fuente de potencia
que se conecta a los terminales 112 y 111 debe tener su
característica de regresión afectada, y la regresión debe iniciarse
por la recepción de la señal de interactivación prioritaria. En
otro caso, una condición de fuga grave en una carga puede ser tal
como para garantizar la interactivación. En este caso, la recepción
de una señal 141 de interactivación se interpretaría por el
procesador 139 electrónico como una necesidad de interactivación de
la fuente de potencia usando la salida 142 de interactivación.
En otros casos, el procesador 139 electrónico
puede generar secuencias de interactivación en respuesta a otras
instrucciones que incluyen entre otras instrucciones de operador
local generadas por la interfaz 140 de operador local e
instrucciones generadas externamente comunicadas por la interfaz 143
de control remoto. Se apreciará que un procesador 139 electrónico
de este tipo también podría equiparse con una interfaz de
interactivación global que causaría que todas las fuentes de
potencia en el sistema de distribución de potencia se
interactivaran. También se apreciará que los conmutadores 119 y 120
no deben abrirse de manera espuria y que también deben
interactivarse e interbloquearse a través del procesador 139
electrónico. Tales conmutadores pueden tener un modo de operación
de inversión manual y la interactivación puede iniciarse por medio
de un contacto ruptor temprano, un interbloqueo mecánico y la
interconexión adecuada con el procesador electrónico.
Se apreciará que un sistema de distribución de
potencia grande según la presente invención puede incorporar muchos
cuadros de distribución de este tipo. El sistema de distribución de
potencia puede ser físicamente extenso y con capacitancia
significativa entre los polos positivo y negativo. Las cargas
prácticas también pueden tener capacitancia entre los polos
positivo y negativo y su desconexión de carga puede ser imperfecta.
Se apreciará que la característica de regresión y estabilización
descrita en referencia a la figura 3 no tiene en cuenta estos
problemas y la característica práctica se muestra en la figura 6. En
esta característica práctica, el lugar de tensión y corriente
cuando se libera la regresión indica la presencia de la corriente
resultante de la recuperación de la tensión de distribución después
de eliminar la fuga.
Claims (29)
1. Un sistema de distribución de potencia que
comprende:
- un primer sistema de distribución de servicio que incluye:
- un primer cuadro (16) de distribución que incluye aparamenta eléctrica de protección con contactos, y
- una primera barra (25) colectora de distribución de cc conectada al primer cuadro (16) de distribución para llevar una tensión de distribución y una corriente de distribución;
- un primer sistema de generación de potencia que incluye una primera fuente (13, 14) de potencia y un primer convertidor (15) de potencia para suministrar potencia al primer sistema de distribución de servicio, estando conectada la primera fuente (13, 14) de potencia al primer cuadro (16) de distribución mediante el primer convertidor (15) de potencia;
- un subsistema de distribución de potencia zonal que incluye:
- una unidad (23) de suministro de potencia zonal para suministrar potencia a una primera carga eléctrica, y
- un almacenamiento (22) de energía zonal conectado al primer cuadro (16) de distribución mediante un segundo convertidor (21) de potencia y a la unidad (23) de suministro de potencia zonal, suministrando el almacenamiento (22) de energía zonal potencia a la unidad (23) de suministro de potencia zonal; y
- una segunda carga (5, 6) eléctrica conectada al primer cuadro (16) de distribución mediante un tercer convertidor (4) de potencia;
en el que el primer convertidor (15) de potencia
del primer sistema de generación de potencia se regula según una
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia y
una característica de inicio de fuente de potencia, y en el que el
tercer convertidor (4) de potencia que conecta la segunda carga (5,
6) eléctrica al primer cuadro (16) de distribución se regula según
una característica de desconexión de carga y estabilización;
en el que la característica de regresión y
estabilización de fuente de potencia incluye regular la tensión de
salida y la corriente de salida del primer convertidor (15) de
potencia del primer sistema de generación de potencia de modo
que:
- el flujo de corriente es unidireccional;
- una tensión de salida de estado estacionario es la suma de un valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga y una componente de disminución de estado estacionario que es proporcional a la corriente de carga de modo que la tensión de salida de estado estacionario es según una línea de carga de estado estacionario;
- la corriente de estado estacionario se limita a un nivel particular;
- si la corriente de carga supera de manera transitoria el límite de corriente de estado estacionario y se acerca, aunque no supera, un nivel límite de corriente transitoria particular, la tensión de salida se reducirá de manera transitoria con respecto a la línea de carga de estado estacionario y se recuperará a la línea de carga de estado estacionario cuando la corriente de estado estacionario se reduzca por debajo del límite de corriente de estado estacionario; y
si la corriente de carga supera de manera
continua el límite de corriente de estado estacionario, o supera el
nivel límite de corriente transitoria particular, se aplica
regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida
se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso
regenerativo;
caracterizado porque se hace que los
contactos de la aparamenta eléctrica de protección se abran sólo
cuando la tensión de distribución y la corriente de distribución se
han reducido a niveles aceptables por la interacción de la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
con uno de (a) una fuga que causa que una impedancia excesivamente
baja se conecte a través de la tensión de distribución, (b) una
instrucción de interactivación prioritaria que se genera
automáticamente dentro del sistema de distribución de potencia, (c)
una instrucción de interactivación prioritaria que se genera
manualmente dentro del sistema de distribución de potencia, y (d)
una instrucción de interactivación prioritaria que se genera de
manera remota; y
en el que se hace que los contactos de la
aparamenta eléctrica de protección se cierren sólo cuando la
polaridad de la tensión a través de los contactos sea tal que
cualquier corriente transitoria o de entrada esté restringida por
uno de (a) la característica de regresión y estabilización de fuente
de potencia y la característica de inicio de fuente de potencia, y
(b) la característica de desconexión de carga y estabilización;
y
en el que la característica de regresión y
estabilización de fuente de potencia incluye además regular la
tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor
(15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de
modo que:
- las variaciones de corriente de carga transitorias alrededor de un punto de carga de estado estacionario causan que la tensión de salida siga una línea de carga transitoria cuyo gradiente es menor que el gradiente de la línea de carga de estado estacionario;
- cuando se aplica regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo, la tensión de salida y la corriente de salida permanecen a cero o aproximadamente a cero hasta que la impedancia de carga ha aumentado por encima de un nivel particular; y
- si la impedancia de carga aumenta por encima del nivel particular entonces la tensión de carga se recupera inicialmente de manera parcial y a continuación se eleva hasta un punto operativo deseado.
2. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 1, que comprende además:
- un segundo sistema de distribución de servicio que incluye:
- un segundo cuadro (20) de distribución que incluye aparamenta eléctrica de protección con contactos, y
- una segunda barra (30) colectora de distribución de cc conectada al segundo cuadro (20) de distribución para llevar una tensión de distribución y una corriente de distribución; y
- un segundo sistema de generación de potencia que incluye una segunda fuente (17, 18) de potencia y un cuarto convertidor (19) de potencia para suministrar potencia al segundo sistema de distribución de servicio, estando conectada la segunda fuente (17, 18) de potencia al segundo cuadro (20) de distribución por el cuarto convertidor (19) de potencia;
en el que el almacenamiento (22) de energía
zonal del sistema de distribución de potencia zonal se conecta al
segundo cuadro (20) de distribución.
3. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 2, que comprende además:
- un primer sistema (4, 5, 6) de accionamiento de propulsión;
- un segundo sistema (7, 8, 9) de accionamiento de propulsión;
- un primer sistema de generación de potencia de propulsión que incluye una fuente (1, 2, 3) de potencia; y
- un segundo sistema de generación de potencia de propulsión que incluye una fuente (10, 11, 12) de potencia;
en el que el primer sistema (4, 5, 6) de
accionamiento de propulsión tiene tres entradas de suministro de
potencia, pudiendo seleccionarse cada entrada, y la primera entrada
de suministro de potencia se conecta al primer sistema de
generación de potencia de propulsión, la segunda entrada de
suministro de potencia se conecta al segundo sistema de generación
de potencia de propulsión, y la tercera entrada de suministro de
potencia se conecta al primer cuadro (16) de distribución.
4. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 3, en el que el segundo sistema (7, 8, 9) de
accionamiento de propulsión tiene tres entradas de suministro de
potencia, pudiendo seleccionarse cada una, y en el que la primera
entrada de suministro de potencia se conecta al primer sistema de
generación de potencia de propulsión, la segunda entrada de
suministro de potencia se conecta al segundo sistema de generación
de potencia de propulsión, y la tercera entrada de suministro de
potencia se conecta al segundo cuadro (20) de distribución.
5. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 3 o la reivindicación 4, en el que el primer
sistema de generación de potencia de propulsión tiene primeras y
segundas salidas de suministro de potencia, pudiendo seleccionarse
cada una, en el que la primera salida de suministro de potencia se
conecta a la primera entrada de suministro de potencia del primer
sistema (4, 5, 6) de accionamiento de propulsión y la segunda
salida de suministro de potencia se conecta a la primera entrada de
suministro de potencia del segundo sistema (7, 8, 9) de
accionamiento de propulsión.
6. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 5, en el que el primer sistema de generación de
potencia de propulsión tiene una tercera salida de suministro de
potencia que puede seleccionarse y se conecta al primer cuadro (16)
de distribución.
7. Un sistema de distribución de potencia según
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, en el que el segundo
sistema de generación de potencia de propulsión tiene primeras y
segundas salidas de suministro de potencia, pudiendo seleccionarse
cada una, en el que la primera salida de suministro de potencia se
conecta a la segunda entrada de suministro de potencia del primer
sistema (4, 5, 6) de accionamiento de propulsión y la segunda
salida de suministro de potencia se conecta a la segunda entrada de
suministro de potencia del segundo sistema (7, 8, 9) de
accionamiento de propulsión.
8. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 7, en el que el segundo sistema de generación de
potencia de propulsión tiene una tercera salida de suministro de
potencia que puede seleccionarse y se conecta al segundo cuadro
(20) de distribución.
9. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que se suministra potencia
al primer sistema de distribución de servicio a través del primer
cuadro (16) de distribución mediante uno o más de los
siguientes:
- el primer sistema de generación de potencia;
- el almacenamiento (22) de energía zonal del subsistema de distribución de potencia zonal;
- un sistema de accionamiento de propulsión que opera en un modo regenerativo;
- un sistema de generación de potencia de propulsión; y
- un sistema de suministro de potencia remoto.
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10. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que la fuente de potencia
del primer sistema de generación de potencia es uno o más de los
siguientes:
- un generador (13, 14) diésel;
- un generador de turbina de gas;
- un generador de turbina de vapor;
- un generador de turbina de vapor y de gas de ciclo combinado;
- un generador diésel de ciclo cerrado (sin aireación);
- una batería;
- una pila de combustible;
- una celda de flujo;
- un generador de volante de inercia;
- un supercondensador; y
- un almacenamiento de energía magnético superconductor.
\vskip1.000000\baselineskip
11. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que el primer convertidor
(15) de potencia que conecta la primera fuente (13, 14) de potencia
del primer sistema de generación de potencia al primer cuadro (16)
de distribución es un convertidor cc/cc modulado por ancho de
impulso.
12. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que el segundo convertidor
(21) de potencia que conecta el almacenamiento (22) de energía zonal
al primer cuadro (16) de distribución es un convertidor cc/cc
modulado por ancho de impulso.
13. Un sistema de distribución de potencia según
la reivindicación 12, en el que el segundo convertidor (21) de
potencia que conecta el almacenamiento (22) de energía zonal al
primer cuadro (16) de distribución se polariza como un interruptor
elevador cuando fluye potencia desde el primer sistema de
distribución de servicio al interior del almacenamiento (22) de
energía zonal del subsistema de distribución de potencia zonal, y el
segundo convertidor (21) de potencia se polariza como un
interruptor reductor cuando fluye potencia desde el almacenamiento
(22) de energía zonal del subsistema de distribución de potencia
zonal al interior del primer sistema de distribución de
servicio.
14. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que la tensión de carga se
eleva hasta el punto operativo deseado según una tasa de elevación
variable en el tiempo que se especifica para minimizar transitorios
de tensión resultantes dentro del sistema de distribución de
potencia.
15. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que la tensión de
distribución se estabiliza mediante una función de línea de carga
transitoria de la característica de regresión y estabilización de
fuente de potencia y mediante una limitación de función de tasa de
cambio de corriente de carga de la característica de desconexión de
carga y estabilización.
16. Un sistema de distribución de potencia según
cualquier reivindicación anterior, en el que el primer sistema de
generación de potencia incluye una pluralidad de fuentes de potencia
conectadas en paralelo para suministrar potencia al primer sistema
de distribución de servicio, en el que la compartición de corriente
de estado estacionario de la pluralidad de fuentes de potencia se
coordina mediante una función de disminución de estado estacionario
de la característica de regresión y estabilización de fuente de
potencia de cada fuente de potencia, y en el que la compartición de
corriente transitoria de la pluralidad de fuentes de potencia se
coordina mediante una función de línea de carga transitoria de la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
de cada fuente de potencia.
17. Un procedimiento de control de un sistema de
distribución de potencia que comprende:
- un primer sistema de distribución de servicio que incluye:
- un primer cuadro (16) de distribución que incluye aparamenta eléctrica de protección con contactos, y
- una primera barra (25) colectora de distribución de cc conectada al primer cuadro (15) de distribución para llevar una tensión de distribución y una corriente de distribución;
- un primer sistema de generación de potencia que incluye una primera fuente (13, 14) de potencia y un primer convertidor (15) de potencia para suministrar potencia al primer sistema de distribución de servicio, estando conectada la primera fuente (13, 14) de potencia al primer cuadro (16) de distribución mediante el primer convertidor (15) de potencia; y
- un subsistema de distribución de potencia zonal que incluye:
- una unidad (23) de suministro de potencia zonal para suministrar potencia a una primera carga eléctrica, y
- un almacenamiento (22) de energía zonal conectado al primer cuadro (16) de distribución mediante un segundo convertidor (21) de potencia y a la unidad (23) de suministro de potencia zonal, suministrando el almacenamiento (22) de energía zonal potencia a la unidad (23) de suministro de potencia zonal; y
- una segunda carga (5, 6) eléctrica conectada al primer cuadro (16) de distribución mediante un tercer convertidor (4) de potencia;
- comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- regular el primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia según una característica de regresión y estabilización de fuente de potencia y una característica de inicio de fuente de potencia; y
- regular el tercer convertidor (4) de potencia que conecta la segunda carga (5, 6) eléctrica al primer cuadro (16) de distribución según una característica de desconexión de carga y estabilización;
en el que la característica de regresión y
estabilización de fuente de potencia incluye las etapas de regular
la tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor
(15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de
modo que:
- el flujo de corriente es unidireccional;
- una tensión de salida de estado estacionario es la suma de un valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga y una componente de disminución de estado estacionario que es proporcional a la corriente de carga de modo que la tensión de salida de estado estacionario es según una línea de carga de estado estacionario;
- la corriente de estado estacionario está limitada a un nivel particular;
- si la corriente de carga supera de manera transitoria el límite de corriente de estado estacionario y se acerca, aunque no supera, a un nivel límite de corriente transitoria particular, la tensión de salida se reducirá de manera transitoria con respecto a la línea de carga de estado estacionario y se recuperará a la línea de carga de estado estacionario cuando la corriente de estado estacionario se reduzca por debajo del límite de corriente de estado estacionario; y
- si la corriente de carga supera de manera continua el límite de corriente de estado estacionario, o supera el nivel límite de corriente transitoria particular, se aplica regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo;
caracterizado porque se hace que los
contactos de la aparamenta eléctrica de protección se abran sólo
cuando la tensión de distribución y la corriente de distribución se
han reducido a niveles aceptables por la interacción de la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
con uno de (a) una fuga que causa que una impedancia excesivamente
baja se conecte a través de la tensión de distribución, (b) una
instrucción de interactivación prioritaria que se genera
automáticamente dentro del sistema de distribución de potencia, (c)
una instrucción de interactivación prioritaria que se genera
manualmente dentro del sistema de distribución de potencia, y (d)
una instrucción de interactivación prioritaria que se genera de
manera remota; y
en el que se hace que los contactos de la
aparamenta eléctrica de protección se cierren sólo cuando la
polaridad de la tensión a través de los contactos sea tal que
cualquier corriente transitoria o de entrada esté restringida por
uno de (a) la característica de regresión y estabilización de fuente
de potencia y la característica de inicio de fuente de potencia, y
(b) la característica de desconexión de carga y estabilización;
y
en el que la característica de regresión y
estabilización de fuente de potencia incluye además regular la
tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor
(15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de
modo que:
- variaciones de corriente de carga transitorias alrededor de un punto de carga de estado estacionario causan que la tensión de salida siga una línea de carga transitoria cuyo gradiente es menor que el gradiente de la línea de carga de estado estacionario; cuando la regresión se aplica de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo, la tensión de salida y la corriente de salida permanecen a cero o aproximadamente a cero hasta que la impedancia de carga ha aumentado por encima de un nivel particular; y
- si la impedancia de carga aumenta por encima del nivel particular entonces la tensión de carga se recupera inicialmente de manera parcial y a continuación se eleva hasta un punto operativo deseado.
18. Un procedimiento según la reivindicación 17,
en el que la tensión de carga se eleva hasta el punto operativo
deseado según una tasa de elevación variable en el tiempo que se
especifica para minimizar transitorios de tensión resultantes
dentro del sistema de distribución de potencia.
19. Un procedimiento según la reivindicación 17
o la reivindicación 18, en el que todos los parámetros de la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
son programables.
20. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 19, en el que la tensión de distribución se
estabiliza mediante una función de línea de carga transitoria de la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
y mediante una limitación de función de tasa de cambio de corriente
de carga de la característica de desconexión de carga y
estabilización.
21. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 20, en el que el primer sistema de generación
de potencia incluye una pluralidad de fuentes de potencia conectadas
en paralelo para suministrar potencia al primer sistema de
distribución de servicio, en el que la compartición de corriente de
estado estacionario de la pluralidad de fuentes de potencia se
coordina mediante una función de disminución de estado estacionario
de la característica de regresión y estabilización de fuente de
potencia de cada fuente de potencia, y en el que la compartición de
corriente transitoria de la pluralidad de fuentes de potencia se
coordina mediante una función de línea de carga transitoria de la
característica de regresión y estabilización de fuente de potencia
de cada fuente de potencia.
22. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 21, en el que el sistema de distribución de
potencia tiene una secuencia de inicio de fuente de potencia en la
que:
- el valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia inicialmente se ajusta a cero;
- la primera fuente (13, 14) de potencia del primer sistema de generación de potencia detecta la necesidad de iniciar el suministro de potencia mediante la detección de una de (a) la presencia de tensión de distribución resultante del cierre del primer cuadro (16) de distribución, (b) una instrucción de inicio prioritaria que se genera automáticamente dentro del sistema de distribución de potencia, (c) una instrucción de inicio prioritaria que se genera manualmente dentro del sistema de distribución de potencia, y (d) una instrucción de inicio prioritaria que se genera de manera remota;
- al detectar la necesidad de iniciar el suministro de potencia, se inicia la primera fuente (13, 14) de potencia del primer sistema de generación de potencia y el valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia se eleva hasta un punto operativo deseado.
23. Un procedimiento según la reivindicación 22,
en el que la tensión de carga se eleva hasta el punto operativo
deseado según una tasa de elevación variable en el tiempo que se
especifica según la capacidad dinámica de la primera fuente (13,
14) de potencia del primer sistema de generación de potencia y la
necesidad de permitir que la primera fuente (13, 14) de potencia
suministre de manera progresiva una proporción creciente de la
corriente de carga total en el sistema de distribución de potencia
para minimizar transitorios de tensión resultantes dentro del
sistema de distribución de potencia.
24. Un procedimiento según la reivindicación 22
o la reivindicación 23, en el que todos los parámetros de la
secuencia de inicio de fuente de potencia son programables.
25. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 24, en el que la característica de desconexión
de carga y estabilización incluye la etapa de regular la corriente
de carga según un límite de corriente de modo que se permite que la
corriente de carga alcance cualquier valor deseado pero siempre está
sujeta a funciones de regulador prioritarias que:
- limitan la tasa de cambio de corriente de carga resultante de los transitorios de tensión de distribución; y
- se oponen a cualquier acción que de otro modo causaría que la corriente de carga superara el límite de corriente;
- y en el que el límite de corriente:
- es ajustable hasta y no supera un valor particular de límite de corriente;
- se mantiene constante cuando la tensión de suministro supera un umbral de desconexión de carga;
- se reduce progresivamente a medida que la tensión de suministro se reduce por debajo del umbral de desconexión de carga y en todos los niveles de tensión de suministro por encima de una tensión cargada mínima absoluta;
- se ajusta a cero cuando la tensión de suministro es menor que la tensión cargada mínima absoluta;
- se ajusta a cero cuando la tensión de suministro aumenta desde un valor menor que la tensión cargada mínima absoluta y hasta un valor particular; y
- se aumenta progresivamente a medida que se aumenta la tensión de suministro.
26. Un procedimiento según la reivindicación 25,
en el que todos los parámetros de la característica de desconexión
de carga y estabilización son programables.
27. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 26, en el que el sistema de distribución de
potencia tiene una secuencia de protección de sobrecorriente en una
situación en la que se produce una fuga de baja impedancia en el
sistema de distribución de potencia, incluyendo la secuencia de
protección de sobrecorriente las etapas de:
- localizar la fuga de baja impedancia dentro del sistema de distribución de potencia;
- limitar la corriente de fuga y la tensión de distribución aplicando la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia;
- limitar la corriente de carga aplicando la característica de desconexión de carga y estabilización;
- detectar la interrupción de fuga;
- abrir los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación parcial de la tensión de distribución causada por la apertura de los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación completa de la tensión de distribución causada por la aplicación de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia; y
- esperar hasta la reaplicación de la corriente de carga causada por la aplicación de la característica de desconexión de carga y estabilización.
28. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 27, en el que el sistema de distribución de
potencia tiene una secuencia de gestión de potencia o protectora de
propósito general que incluye las etapas de:
- detectar una condición de fuga o el establecimiento de cualquier condición de gestión de potencia que requiera que se abran los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- generar una instrucción de interactivación prioritaria;
- limitar la tensión de distribución aplicando la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia;
- limitar la corriente de carga aplicando la característica de desconexión de carga y estabilización;
- detectar una interrupción de corriente de carga;
- abrir los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación parcial de la tensión de distribución causada por la apertura de los contactos de la aparamenta eléctrica de protección;
- esperar hasta la recuperación completa de la tensión de distribución causada por la aplicación de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia; y
- esperar hasta la reaplicación de la corriente de carga causada por la aplicación de la característica de desconexión de carga y estabilización.
29. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 17 a 28, en el que el almacenamiento (22) de
energía zonal del subsistema de distribución de potencia zonal
recibe potencia desde, o suministra potencia a, el primer sistema
de distribución de servicio, estando regulada la potencia con el fin
de:
- recargar el almacenamiento (22) de energía zonal;
- suministrar potencia al suministro (23) de potencia zonal del subsistema de distribución de potencia zonal;
- suministrar potencia al primer sistema de distribución de servicio;
- proporcionar un almacenamiento de energía en volumen;
- suministrar potencia de manera continua para cualquier fin;
- suministrar potencia de manera transitoria para ayudar a estabilizar la tensión de distribución;
- suministrar potencia de manera transitoria para dar soporte a otras fuentes de potencia que tienen una mala respuesta transitoria;
- proporcionar aislamiento entre el almacenamiento de energía zonal y el primer sistema de distribución de servicio para permitir que el suministro de potencia zonal opere de manera independiente cuando el primer sistema de distribución de servicio está sujeto a un fallo; o
- permitir que el primer sistema de distribución de servicio opere de manera independiente del almacenamiento (22) de energía zonal cuando el almacenamiento (22) de energía zonal o el suministro (23) de potencia zonal está sujeto a un fallo.
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