ES2626836T3 - Método y aparato para controlar un sistema de potencia híbrido - Google Patents

Abstract

Un sistema (10) de control de potencia para gestionar la transferencia de energía, comprendiendo el sistema de control de potencia: una barra colectora (50) de CC común; una pluralidad de dispositivos (40) de almacenamiento de energía; y una pluralidad de reguladores (30) de energía, teniendo cada regulador (30) de energía una primera conexión que está eléctricamente acoplada con al menos uno de los dispositivos (40) de almacenamiento de energía, y una segunda conexión eléctricamente acoplada con la barra colectora (50) de CC común, de modo que cada regulador (30) de energía comprende adicionalmente: una pluralidad de conmutadores, activándose selectivamente cada conmutador de acuerdo con una señal de conmutación, en el que la pluralidad de conmutadores controla la transferencia de energía entre la primera y la segunda conexión; una señal de tensión, correspondiente a la amplitud de una tensión de CC presente en la barra colectora (50) de CC; un dispositivo (34) de memoria que almacena al menos un programa de control, un valor establecido bajo de tensión y un valor establecido alto de tensión; y un procesador (32) que ejecuta el programa de control, para generar las señales de conmutación para cada uno de la pluralidad de conmutadores en función de la señal de tensión, el valor establecido bajo de tensión y el valor establecido alto de tensión, en el que: si la señal de tensión es mayor que el valor establecido alto de tensión, se transfiere energía desde la barra colectora (50) de CC común a los dispositivos (40) de almacenamiento de energía, si la señal de tensión es menor que el valor establecido bajo de tensión, se transfiere energía desde los dispositivos (40) de almacenamiento de energía a la barra colectora (50) de CC común, caracterizado por que: al menos uno del valor establecido bajo de tensión y el valor establecido alto de tensión de un primer regulador de energía, seleccionado de la pluralidad de reguladores de energía y que corresponde a un primer dispositivo de almacenamiento de energía de la pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía, es diferente que el respectivo valor establecido bajo de tensión o valor establecido alto de tensión de un segundo regulador de energía, seleccionado de entre la pluralidad de reguladores de energía y que corresponde a un segundo dispositivo de almacenamiento de energía de la pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Metodo y aparato para controlar un sistema de potencia hforido Antecedentes de la invencion

1. Campo de la invencion

La invencion se refiere a un sistema de control de un sistema de potencia hforido. Espedficamente, la presente invencion gestiona la transferencia de energfa y el flujo de potencia entre una o mas fuentes de generacion de potencia, dispositivos de almacenamiento, cargas, la red de suministro electrico, un sistema de potencia aislado de la red, o una combinacion de los mismos, estando cada uno de los cuales acoplado a una barra colectora de CC comun.

2. Analisis de la tecnica relacionada

En los ultimos anos, el aumento de la demanda de energfa y el aumento de las preocupaciones acerca del suministro de combustibles fosiles, y su correspondiente contaminacion, han llevado a un mayor interes en las fuentes de energfa renovables. Dos de las fuentes de energfa renovables mas comunes y mejor desarrolladas son la energfa fotovoltaica y la energfa eolica. Otras fuentes de energfa renovables pueden incluir celdas de combustible, energfa hidroelectrica, energfa mareomotriz y generadores de biomasa o de biocombustible. Sin embargo, el uso de fuentes de energfa renovables para generar energfa electrica presenta una serie de nuevos desaffos.

Uno de los mayores desaffos para conectar fuentes de energfa renovables a redes de CA existentes, tanto si es la red de suministro electrico como un sistema aislado de la red, es que las fuentes de energfa renovables a menudo proporcionan un suministro variable de energfa. El suministro puede variar, por ejemplo, de acuerdo con la cantidad de viento, la nubosidad, o la hora del dfa. Ademas, las diferentes fuentes de energfa proporcionan diferentes tipos de energfa electrica. Una turbina eolica, por ejemplo, resulta mas adecuada para proporcionar energfa de corriente alterna (CA) con tension y frecuencia variables, mientras que una celula fotovoltaica resulta mas adecuada para proporcionar energfa de corriente continua (CC). Como resultado, la combinacion de multiples fuentes de energfa renovables con otros sistemas de generacion, tales como la red de suministro electrico, micro turbinas y generadores independientes, o celdas de combustible en un unico sistema con una salida de CA y/o de CC requiere integrar cada una de estas diferentes fuentes de energfa.

La naturaleza variable de la energfa suministrada por algunas fuentes renovables tambien puede hacer que resulte deseable integrar un dispositivo de almacenamiento de energfa en el sistema de potencia. El dispositivo de almacenamiento de energfa puede cargarse durante los penodos de pico de produccion mediante la fuente renovable o, alternativamente, mediante la red de suministro electrico u otra fuente de generacion. El dispositivo de almacenamiento de energfa puede suministrar entonces la energfa almacenada para complementar la fuente renovable, cuando la fuente renovable este generando menos energfa de la requerida por las cargas en un sistema.

Los intentos anteriores para integrar multiples fuentes de energfa renovables normalmente han precisado conectar individualmente cada fuente de energfa, asf como el dispositivo de almacenamiento a una red electrica, pudiendo ser la red una red aislada o la red de suministro electrico. Cada fabricante de una fuente de generacion, por ejemplo la turbina eolica o el conjunto fotovoltaico, o carga, proporciona un conversor de potencia para conectar la fuente o la carga a la red. Este acercamiento normalmente da lugar a una doble conversion de potencia poco deseable, al convertir primero la fuente de generacion a una tension de CA compatible con la red de servicio, y luego de nuevo a una tension compatible con el dispositivo de almacenamiento.

Adicionalmente, los intentos de integrar multiples fuentes normalmente requieren un controlador de alto nivel que gestione el flujo de energfa para cada uno de los dispositivos. El controlador debera gestionar multiples protocolos de comunicaciones, y coordinar el control de potencia activa y reactiva entre los diferentes dispositivos. Por ejemplo, multiples fuentes de CA que funcionen en paralelo en un sistema independiente de la red electrica normalmente requeriran conmutadores de transferencia, y un esquema de control para seleccionar fuentes de generacion deseadas, sincronizar las salidas, y/o equilibrar las cargas. Tales sistemas de integracion normalmente requieren un software complejo, a medida para cada sistema. Anadir al sistema otras fuentes de generacion o cargas requiere la subsiguiente modificacion del software de integracion y el hardware de conexion. Por consiguiente, este complejo esquema de control limita la flexibilidad de la integracion de futuras fuentes de generacion, u otras modificaciones, en un sistema de potencia.

La solicitud de patente de Estados Unidos US 2010/181837, que se considera representativa de la tecnica anterior mas cercana, describe un sistema en el que las fuentes de generacion de potencia estan conectadas a una barra colectora de CC comun, a traves de un conversor, y un dispositivo de almacenamiento de CC esta conectado a la barra colectora a traves de un regulador de potencia.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

La Solicitud de Patente Japonesa JP2003-339118 describe un sistema de suministro de potencia distribuida, que comprende varias unidades de generacion de potencia conectadas mutuamente a traves de una barra colectora de CC.

Breve descripcion de la invencion

Consistentemente con lo anterior y de acuerdo con la invencion de acuerdo con se realiza y describe ampliamente en el presente documento, se describe un sistema de acuerdo con lo definido en las reivindicaciones adjuntas.

La presente invencion proporciona un metodo simplificado de control de potencia y energfa entre las diversas fuentes y cargas de un sistema de potencia. Cada una de las fuentes de generacion de potencia estan conectadas a una barra colectora de CC comun, a traves de un conversor. El conversor puede suministrar selectivamente una maxima transferencia de energfa a la barra colectora de CC, o transferir energfa a una tasa reducida de acuerdo con el nivel de la tension de CC presente en la barra colectora de CC. Preferentemente, al menos un dispositivo de almacenamiento esta conectado a la barra colectora de CC comun, a traves de un regulador de potencia. El regulador de potencia transfiere selectivamente energfa hacia o desde la barra colectora de CC, como una funcion del nivel de la tension de CC presente en la barra colectora de CC. Puede proporcionarse un conversor de CC a CC para suministrar tension de CC a una carga con un nivel de tension de CC diferente al nivel de tension de CC de la barra colectora de CC. Adicionalmente, puede proporcionarse un inversor para convertir la tension de CC a una tension de CA, para la carga de un cliente o para la conexion a la red de suministro electrico. Cada uno de los dispositivos de conversion de potencia puede proporcionarse en muchas configuraciones, de acuerdo a los requisitos de la aplicacion, y controlarse independientemente para proporcionar un sistema de control de potencia modular y simplificado.

Se proporciona un dispositivo de conversion de potencia entre cada fuente de generacion y una barra colectora de CC comun. Cada dispositivo de conversion de potencia transforma la energfa electrica, generada por la fuente de generacion, de acuerdo con un algoritmo de control optimizado para la fuente de generacion particular, independiente de otras fuentes o cargas. Por ejemplo, puede utilizarse el seguimiento de un punto de maxima energfa (MPP), como se conoce en la tecnica, en un conversor conectado a un conjunto fotovoltaico para proporcionar una transferencia maxima de potencia o de energfa, desde la fuente de generacion hasta la barra colectora de CC comun. Tambien se proporcionan un dispositivo de almacenamiento y un regulador de potencia, que conectan el dispositivo de almacenamiento a la barra colectora de CC comun. Cuando se esta generando un exceso de potencia con respecto a la requerida por las cargas conectadas al sistema, el dispositivo de almacenamiento se carga hasta que alcanza su capacidad maxima. Si la demanda de potencia por parte de las cargas excede la potencia generada en el sistema, el dispositivo de almacenamiento se descarga para satisfacer la demanda adicional. El regulador de potencia monitoriza el nivel de tension en la barra colectora de CC, como un indicador para determinar si el suministro supera la demanda o si la demanda supera el suministro. Adicionalmente, si el sistema de alimentacion incluye una carga de CA independiente de la red, o si esta conectado a la red de suministro electrico, se proporciona un inversor entre la barra colectora de CC comun y el sistema de CA. El controlador del inversor puede proporcionar un flujo de energfa bidireccional de tal manera que, cuando la potencia generada supere la potencia demandada, el exceso de energfa generada por las fuentes pueda suministrarse a la red electrica. Del mismo modo, puede extraerse energfa de la red de suministro electrico cuando la potencia generada por las fuentes no cumpla con la potencia demandada por el sistema de potencia.

Un controlador para un sistema de energfa tubrido incluye al menos un conversor de energfa. Cada conversor de energfa esta acoplado electricamente a un dispositivo de generacion de energfa electrica. El aparato incluye al menos un dispositivo de almacenamiento de energfa. Un regulador de energfa esta acoplado electricamente a los dispositivos de almacenamiento de energfa. Una barra colectora de CC esta acoplada electricamente a cada uno de los conversores de energfa y al regulador de energfa. El regulador de energfa incluye una primera senal de tension, que indica el valor de una tension de CC presente en la barra colectora de CC, y una primera unidad de control que mantiene la tension de CC dentro de un intervalo prefijado, que tiene un valor establecido bajo de tension y un valor establecido alto de tension.

El controlador de potencia puede utilizar adicionalmente una senal de tension indicativa del valor de la tension de CC presente en la barra colectora de CC, y una segunda unidad de control configurada para desactivar el flujo de potencia desde los dispositivos de generacion de energfa electrica, cuando la tension de CC alcance un valor maximo predeterminado. Un inversor puede estar acoplado electricamente con la barra colectora de CC, para convertir la tension de CC a una tension de AC. El inversor puede suministrar potencia a una carga de CA independiente de una red de suministro electrico, o en cooperacion con la red de suministro electrico. La tension de CA generada desde el inversor puede conectarse a la red de suministro electrico, a una carga de CA, o a una combinacion de la red de suministro electrico y la carga de CA. El inversor puede proporcionar adicionalmente un flujo de potencia bidireccional entre la barra colectora de CC y la red de suministro electrico, o una carga de CA. Opcionalmente, pueden proporcionarse varios inversores, que se conecten por separado a una carga de CA y a la red de suministro electrico.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Los conversores y reguladores de potencia son modulares. La naturaleza independiente de los dispositivos de conversion de potencia permite anadir o retirar conversores sin que sea necesario modificar las unidades de control de otros conversores o del regulador. Por ejemplo, una carga de CC puede estar acoplada a la barra colectora de CC comun de manera que el sistema de potencia pueda suministrar potencia a cualquiera de una carga de CC o de CA. La carga de CC puede acoplarse directamente o utilizando un conversor de CC a CC, si se desea una tension diferente a la tension de la barra colectora de CC. Puede acoplarse a la barra colectora de CC comun al menos un conversor de energfa adicional, acoplado a un dispositivo de generacion de energfa electrica adicional, sin modificar ninguno de los conversores de energfa existentes o el regulador de energfa.

Un sistema de control de potencia para gestionar la transferencia de energfa incluye una barra colectora de CC comun, una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energfa, y una pluralidad de reguladores de energfa. Cada regulador de energfa tiene una primera conexion, electricamente acoplada a al menos uno de los dispositivos de almacenamiento de energfa, y una segunda conexion electricamente acoplada a la barra colectora de cC comun. Cada regulador de energfa incluye adicionalmente una pluralidad de conmutadores, una senal de tension correspondiente a una amplitud de una tension de CC presente en la barra colectora de CC, un dispositivo de memoria, y un procesador. Cada conmutador se energiza selectivamente de acuerdo con una senal de conmutacion, para controlar la transferencia de energfa entre la primera y la segunda conexiones. El dispositivo de memoria almacena al menos un programa de control, un valor establecido bajo de tension y un valor establecido alto de tension. El procesador ejecuta el programa de control para generar las senales de conmutacion, para cada uno de la pluralidad de conmutadores, en funcion de la senal de tension, el valor establecido bajo de tension, y el valor establecido alto de tension. Si la senal de tension es mayor que el valor establecido alto de tension, se transfiere energfa desde la barra colectora de CC comun a los dispositivos de almacenamiento de energfa, y si la senal de tension es menor que el valor establecido bajo de tension, se transfiere energfa desde los dispositivos de almacenamiento de energfa a la barra colectora de CC comun.

El sistema de control de potencia puede incluir al menos un primer y un segundo dispositivos de almacenamiento de energfa, y al menos un primer y un segundo reguladores de energfa correspondientes a cada uno del primer y el segundo dispositivos de almacenamiento de energfa, respectivamente. Uno de los valores establecidos bajo y alto de tension del primer regulador de energfa puede ajustarse a un valor diferente al respectivo valor establecido bajo o alto de tension del segundo regulador de energfa. El primer dispositivo de almacenamiento de energfa puede tener una construccion diferente a la del segundo dispositivo de almacenamiento de energfa, y cada uno de los valores establecidos bajo y alto de tension, tanto para el primer regulador de energfa como para el segundo regulador de energfa es una funcion de la construccion del primer dispositivo de almacenamiento de energfa y el segundo dispositivo de almacenamiento de energfa, respectivamente.

Un controlador central esta en comunicacion con cada uno de los reguladores de energfa. El controlador central tiene un procesador configurado para ejecutar un programa almacenado, y un dispositivo de memoria que almacena al menos el programa y una copia de cada uno de los valores establecidos de tension para los reguladores de energfa. El controlador central esta configurado para ejecutar periodicamente el programa almacenado en el procesador, para intercambiar el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension, de un primer regulador de energfa, con el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension de un segundo regulador de energfa. El controlador central esta configurado adicionalmente para ejecutar periodicamente el programa almacenado en el procesador, para descargar uno o mas de los dispositivos de almacenamiento de energfa. Se carga un nuevo valor en cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension de un primero de los reguladores de energfa, de tal manera que cada uno de los nuevos valores sea mayor que el valor establecido alto de tension de cada uno de los otros reguladores de energfa. El controlador central recibe una senal que corresponde a la descarga del dispositivo de almacenamiento de energfa, y restablece el valor de cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension del primer regulador de energfa a su valor operativo original. Adicionalmente, puede establecerse un programa para descargar periodicamente cada uno de los dispositivos de almacenamiento de energfa, de forma rotativa. Asf, solo se descarga uno de los dispositivos de almacenamiento de energfa, mientras que los dispositivos restantes pueden continuar transfiriendo energfa a la barra colectora de CC o desde la misma.

El sistema de control de energfa puede incluir adicionalmente al menos un conversor de energfa, que tenga una entrada acoplada electricamente a una fuente de generacion de energfa y una salida acoplada electricamente a la barra colectora de CC comun. Cada conversor de energfa incluye una pluralidad de conmutadores, una senal de tension correspondiente a la amplitud de la tension de CC presente en la barra colectora de CC, un dispositivo de memoria, y un procesador. Cada conmutador se energiza selectivamente de acuerdo con una senal de conmutacion, para controlar la transferencia de energfa entre la entrada y la salida. El dispositivo de memoria almacena al menos un programa de control y un valor establecido de seleccion de modo, y el procesador ejecuta el programa de control para generar las senales de conmutacion como una funcion de la senal de tension y del valor establecido de seleccion de modo. En el primer modo de funcionamiento, la senal de tension de CC es menor que el valor establecido de seleccion de modo, y se transfiere a la barra colectora de CC una cantidad maxima de energfa generada por la fuente. En el segundo modo de funcionamiento, la senal de tension de CC es mayor que el valor establecido de seleccion de modo, y la energfa generada por la fuente se transfiere a la barra colectora de CC a una

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

velocidad reducida. La velocidad a la que se transfiere la energfa a la barra colectora de CC es una funcion de la diferencia entre la senal de tension y el valor establecido de seleccion de modo.

Un metodo para gestionar la transferencia de energfa entre una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energfa, conectados por una barra colectora de CC comun, incluye conectar una pluralidad de reguladores de energfa a la barra colectora de CC comun. Cada regulador de energfa tiene una primera conexion electricamente acoplada a al menos uno de los dispositivos de almacenamiento de energfa, y una segunda conexion electricamente acoplada a la barra colectora de CC comun. Se recibe una senal correspondiente a la amplitud de una tension de CC presente en la barra colectora de CC comun, en un procesador de ejecucion en cada regulador de energfa, y se compara la senal de tension de CC con un valor establecido bajo de tension y un valor establecido alto de tension almacenados en un dispositivo de memoria del regulador de energfa. La energfa se transfiere entre cada regulador de energfa y la barra colectora de CC independientemente de los demas reguladores de energfa. Cada regulador de energfa transfiere energfa desde la barra colectora de CC comun al dispositivo de almacenamiento de energfa conectado, si la senal de tension de CC es mayor que el valor establecido alto de tension, y desde el dispositivo de almacenamiento de energfa conectado a la barra colectora de CC comun si la senal de tension es menor que el valor establecido bajo de tension.

Un sistema de control de potencia para gestionar la transferencia de energfa entre al menos una fuente de energfa y al menos una carga incluye una barra colectora de CC comun, y al menos un conversor de energfa. El conversor de energfa incluye una entrada electricamente acoplada con una de las fuentes de energfa, una salida electricamente acoplada con la barra colectora de CC comun, y una senal de tension correspondiente a la amplitud de la tension presente en la barra colectora de CC comun. Cada conversor de energfa esta configurado para transferir energfa desde la fuente de energfa hasta la barra colectora de CC comun, en funcion de la senal de tension. El sistema de control de energfa tambien incluye un inversor, que incluye una primera conexion electricamente acoplada a la barra colectora de CC comun, una segunda conexion conectada a una red de suministro electrico, y una senal de tension correspondiente a la amplitud de la tension presente en la barra colectora de CC comun. El inversor esta configurado para transferir selectivamente energfa, de manera bidireccional, entre la barra colectora comun de CC y la red de suministro electrico como una funcion de la senal de tension, un valor establecido alto de tension, y un valor establecido bajo de tension.

El sistema de control de potencia puede incluir al menos un dispositivo de almacenamiento de energfa, y al menos un regulador de energfa. El regulador de energfa incluye una primera conexion, electricamente acoplada con al menos uno de los dispositivos de almacenamiento de energfa, una segunda conexion electricamente acoplada con la barra colectora de CC comun, y una senal de tension correspondiente a la amplitud de la tension presente en la barra colectora de CC comun. El regulador de energfa esta configurado para transferir selectivamente energfa, de manera bidireccional, entre la barra colectora de CC comun y el dispositivo de almacenamiento de energfa como una funcion de la senal de tension, un valor establecido bajo de tension, y un valor establecido alto de tension. El sistema de control de energfa puede incluir tambien una interfaz central, que almacene una copia de cada uno de los valores establecidos, que tenga una interfaz de usuario para permitir a un operador configurar cada uno de los valores establecidos. La interfaz central incluye un procesador configurado para ejecutar un programa almacenado, para reconfigurar periodicamente al menos uno de los valores establecidos.

Estos y otros objetos, ventajas y caractensticas de la invencion resultaran evidentes para los expertos en la materia a partir de la descripcion detallada, y de los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

En los dibujos adjuntos se ilustran realizaciones ejemplares preferidas de la invencion, en los que los mismos numeros de referencia representan las mismas partes en todos ellos, y en los que:

la FIG. 1 es una representacion esquematica de una primera realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas ejemplares;

la FIG. 2 es una representacion esquematica de otra realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas ejemplares, y que ilustra adicionalmente una conexion a una carga de cliente o red de suministro electrico de CA; la FIG. 3 es una representacion esquematica de otra realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas ejemplares, y que ilustra adicionalmente una conexion a una carga de cliente de CC con una tension de CC diferente de la barra colectora de CC;

la FIG. 4 es una representacion esquematica de un conversor ejemplar; la FIG. 5 es una representacion esquematica de un regulador ejemplar; la FIG. 6 es una representacion esquematica de un inversor ejemplar; la FIG. 7 es un diagrama de flujo del funcionamiento de un conversor; la FIG. 8 es un diagrama de flujo del funcionamiento de un regulador;

la FIG. 9 es una representacion esquematica, que ilustra una implementacion de bastidor modular;

la FIG. 10 es una representacion esquematica de otra realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas

ejemplares conectadas a una unica barra colectora de potencial de cC;

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

la FIG. 11 es una representacion esquematica de otra realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas ejemplares conectadas a una barra colectora de potencial de CC dividida;

la FIG. 12 es una representacion esquematica de otra realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas ejemplares distribuidas a lo largo de la barra colectora de CC;

la FIG. 13 es una representacion esquematica de otra realizacion, que ilustra fuentes de generacion y cargas ejemplares conectadas a una carga y red de suministro electrico de CA;

la FIG. 14 es una ilustracion de valores establecidos de control del conversor y el regulador durante el funcionamiento, de acuerdo con una realizacion;

la FIG. 15 es una ilustracion de valores establecidos de control del conversor y el regulador durante un ciclo de descarga, de acuerdo con la realizacion de la Fig. 14;

la FIG. 16 es una ilustracion de valores establecidos de control del conversor y el regulador, que ilustran el retorno del conversor de acuerdo con la realizacion de la Fig. 14;

la FIG. 17 es una ilustracion de valores establecidos de control del conversor y el regulador, durante el funcionamiento de acuerdo con otra realizacion, y

la FIG. 18 es una ilustracion de valores establecidos de control del conversor y el regulador, durante el funcionamiento de acuerdo con otra realizacion.

En la descripcion de las realizaciones preferidas de la invencion, que se ilustran en los dibujos, se recurrira a terminologfa espedfica en pos de la claridad. Sin embargo, no se pretende que la invencion este limitada a los terminos espedficos asf seleccionados, y debe comprenderse que cada termino espedfico incluye todos los equivalentes tecnicos que funcionen de manera similar para lograr un proposito similar. Por ejemplo, se utilizan a menudo las palabras "conectado/a", "unido/a", o terminos similares a las mismas. No se limitan a la conexion directa, sino que incluyen la conexion a traves de otros elementos, estando reconocida tal conexion como equivalente por los expertos en la materia.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

La presente invencion proporciona un sistema de control de un sistema 10 de potencia dbrido. Espedficamente, la presente invencion administra el flujo de potencia o la transferencia de energfa entre una o mas fuentes de generacion de potencia, dispositivos de almacenamiento, cargas, y la red de suministro electrico, estando acoplado cada uno de los cuales con una barra colectora 50 de CC comun, ya sea directamente o mediante un dispositivo de conversion de potencia.

A lo largo de la presente descripcion, se usaran diversos terminos para describir los dispositivos de conversion de potencia utilizados para acoplar con la barra colectora 50 de CC comun una fuente de generacion o carga, incluyendo: un conversor 20, un regulador 30, y un inversor 60. Con referencia a las Figs. 4-6, cada uno del conversor 20, el regulador 30, y el inversor 60 incluye tanto una senal 26, 36, 66 de tension como una unidad de control 25, 35, 65. La senal 26, 36, 66 de tension indica el nivel de tension presente en la barra colectora 50 de CC, y puede generarse mediante sensores de tension individuales situados dentro de cada dispositivo de conversion de potencia, un sensor de tension individual que proporcione la senal a multiples dispositivos de conversion de potencia, o una combinacion de sensores de tension que proporcionen una senal a dispositivos de conversion de potencia individuales y a multiples dispositivos de conversion de potencia. La unidad de control 25, 35, 65 de cada dispositivo de conversion de potencia incluye preferentemente una seccion de conversion de potencia, que consta de unos dispositivos electronicos 28, 38, 68 de potencia, un procesador 22, 32, 62 que puede ejecutar un programa para enviar senales de control a los dispositivos electronicos 28, 38, 68 de potencia, y una memoria 24, 34, 64 para almacenar el programa que puede ejecutarse en el procesador 22, 32, 62. El programa en ejecucion en el procesador 22, 32, 62 lee la senal 26, 36, 66 de tension. El programa emite senales de control a los dispositivos electronicos 28, 38, 68 de potencia para regular el flujo de potencia a traves del dispositivo, como se describe en mas detalle a continuacion. Alternativamente, la unidad de control 25, 35, 65 puede estar compuesta unicamente por los dispositivos electronicos 28, 38, 68 de potencia y controlar un hardware conectado directamente a la senal 26, 36, 66 de tension, para regular el flujo de potencia a traves del dispositivo. Por ejemplo, puede utilizarse un conversor elevador, como se conoce en la tecnica, para convertir un primer nivel de tension de CC a un segundo nivel superior de tension de CC.

Con referencia a la Fig. 1, se ilustra una primera realizacion del sistema 10 de potencia dbrido. El sistema 10 de potencia incluye al menos un conversor 20, estando conectado cada conversor 20 a una fuente de generacion. El sistema 10 de potencia incluye adicionalmente al menos un regulador 30, estando conectado cada regulador 30 con al menos un dispositivo de almacenamiento 40. Una barra colectora 50 de CC comun enlaza entre sf cada uno de los conversores 20 y los reguladores 30.

Cada conversor 20 esta electricamente acoplado entre una fuente de generacion y la barra colectora 50 de CC comun. La fuente de generacion puede ser de cualquier tipo conocido en la tecnica, incluyendo, pero sin limitacion, fuentes de generacion eolicas, fotovoltaicas, hidroelectricas, celdas de combustible, maremotrices, o de biocombustible o de biomasa. Cada una de estas fuentes genera potencia que se emite como una tension de CA o de CC, con una amplitud adecuada para el tipo de fuente de generacion. La tension emitida desde la fuente de generacion se proporciona como una tension de entrada a la electronica 28 de potencia del conversor 20. La

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

electronica 28 de potencia esta configurada para convertir la tension de la fuente a un nivel de tension de CC deseado, como una tension de salida a la barra colectora 50 de CC. Por ejemplo, el nivel de tension de CC deseado puede ser 650 voltios si el sistema de potencia esta conectado a una red de suministro electrico de 460 voltios. Alternativamente, el nivel de tension de CC puede ser cualquier tension de CC deseada, tal como 48 voltios, que pueda requerir una carga espedfica de CC. El nivel de tension de CC puede variar dentro de un intervalo preestablecido, y seleccionarse para que proporcione una conversion de energfa optima entre una fuente de generacion y la barra colectora 50 de CC.

Con referencia tambien a las Figs. 10 y 11, la barra colectora 50 de CC comun puede ser una barra colectora de CC un unico nivel o bien de multiples niveles. Una barra colectora de un solo nivel incluye un primer carril 52 de CC y un segundo carril 54 de CC. Cada carril de CC puede ser, pero no se limita a, un solo terminal, multiples terminales conectados por conductores electricos adecuados, o una barra colectora. La barra colectora de un solo nivel establece un potencial de tension entre el primer y segundo carriles 52 y 54 de CC, respectivamente. Una barra colectora de Cc de multiples niveles incluye el primer y segundo carriles 52 y 54 de CC, respectivamente, e incluye adicionalmente al menos un tercer carril 56 de Cc. La barra colectora de CC de multiples niveles establece al menos dos potenciales de tension diferentes entre los carriles de CC. Por ejemplo, una barra colectora de CC de multiples niveles puede incluir un primer carril 52 de CC con un potencial de tension positiva, tal como 325 voltios, un segundo carril 54 de CC con un potencial de tension neutra, y un tercer carril 56 de CC con un potencial de tension negativa, tal como -325 voltios. El potencial neto de tension entre el primer y tercer carriles 52 y 56 de CC, respectivamente, es dos veces el potencial de tension, o 650 voltios, como el potencial entre cualquiera del primer o tercer carriles 52 y 56 de CC, respectivamente, y el segundo carril 54 de CC neutral. Por lo tanto, existen tres potenciales de tension diferentes en la barra colectora 50 de CC ilustrada en la Fig. 11. Como se ilustra adicionalmente en la Fig. 11, cada uno del conversor 20, el regulador 30, y el inversor 60 puede conectarse a cualquiera de los tres potenciales de tension de acuerdo con los requisitos de la fuente, el dispositivo de almacenamiento 40, o la carga conectados al respectivo dispositivo de conversion de potencia.

Cada regulador 30 esta electricamente acoplado entre al menos un dispositivo de almacenamiento 40 y la barra colectora 50 de CC comun. El sistema 10 de potencia Idbrido puede incluir uno o mas dispositivos de almacenamiento 40, de acuerdo con los requisitos de la aplicacion. El dispositivo de almacenamiento 40 almacena energfa, y puede proporcionar una tension de CC o de CA. Por ejemplo, el dispositivo de almacenamiento 40 puede ser, pero no se limita a, una batena, una celda de combustible, una batena de flujo, o un volante de inercia. Se contempla que cada dispositivo de almacenamiento 40 pueda estar compuesto ya sea por un solo dispositivo o por multiples dispositivos, conectados en serie, en paralelo, o por una combinacion de los mismos como se conoce en la tecnica. La electronica 38 de potencia de cada regulador 30 esta configurada para permitir el flujo bidireccional de potencia entre la barra colectora 50 de CC y el dispositivo de almacenamiento 40. La barra colectora 50 de CC funciona a un primer nivel de tension de CC, y el dispositivo de almacenamiento 40 funciona a un segundo nivel de tension de CC. Alternativamente, la barra colectora 50 de CC y el dispositivo 40 de almacenamiento pueden operar al mismo nivel de tension de CC.

Con referencia a las Figs. 2 y 3, el sistema 10 de potencia Idbrido puede incluir adicionalmente un dispositivo de conversion de potencia de salida, por ejemplo un inversor 60 u otro conversor 45 de CC a CC. Con referencia tambien a la Fig. 10-13, el inversor 60 puede estar acoplado electricamente entre la barra colectora 50 de CC y una conexion electrica 69 a la red de suministro electrico, una carga de CA, o tanto a una carga de CA y a la red de suministro electrico. La electronica 68 de potencia de cada inversor 60 puede estar configurada para permitir el flujo bidireccional de potencia entre la barra colectora 50 de CC y la carga de CA, o la red de suministro electrico. El flujo de potencia bidireccional permite que la red de suministro electrico, cuando esta conectada, suministre potencia a la barra colectora 50 de CC, complementando la potencia proporcionada por las fuentes de generacion en caso de que la demanda, de las cargas conectadas al sistema de potencia, exceda la energfa suministrada por las fuentes de generacion. El conversor 45 de CC a CC esta electricamente acoplado entre la barra colectora 50 de CC y una carga de CC que opere a un nivel de tension diferente de la tension en la barra colectora 50 de CC. Se contempla que puedan conectarse al sistema cualquier numero y combinacion de cargas, de manera que una carga pueda conectarse a la barra colectora 50 de CC ya sea directamente, a traves del inversor 60, a traves del conversor 45 de CC a CC, o a traves de cualquier combinacion o multiplo de los mismos.

Con referencia a la Fig. 13, puede incluirse un conmutador 70 de desconexion de la red de suministro electrico, para desconectar el sistema 10 de potencia Idbrido de la red de suministro electrico, por ejemplo durante un corte de potencia, y para permitir que el sistema 10 de potencia Idbrido continue operando en modo autonomo. Uno o mas sensores pueden monitorizar el funcionamiento de la red de suministro electrico, y proporcionar al conversor 60 una senal 67 que corresponda al estado de la red de suministro electrico. La senal 67 puede corresponder, por ejemplo, a la tension en una o mas fases de la red de suministro electrico. La monitorizacion de la senal 67 de entrada procedente de la red de suministro electrico permite al inversor controlar la senal 71 de salida en un primer estado, encendido o apagado, si se pierde la tension de la red de suministro electrico o si la misma es inestable, y controlar la senal 71 de salida en el otro estado, apagado o encendido, cuando la potencia haya regresado y se haya estabilizado en la red de suministro electrico. Al conectarse a la red de suministro electrico, el inversor 60 sincroniza gradualmente la tension en la conexion electrica 69 con una carga que tenga la magnitud y la frecuencia de tension

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

presentes en la red de suministro electrico, y controla la senal 71 para cerrar el conmutador 70 de desconexion una vez que esta sincronizada con la red de suministro electrico.

En funcionamiento, cada uno de los dispositivos de conversion de potencia esta configurado para operar independientemente de un controlador de nivel de sistema. De acuerdo con una realizacion, cada uno de los conversores 20, los reguladores 30, e inversores 60 regulan la transferencia de energfa entre la barra colectora 50 de CC comun y la fuente, dispositivo de almacenamiento 40, o la carga a la que esten conectados, como una funcion de la amplitud de la tension presente en la barra colectora 50 de CC y de uno o mas valores establecidos, almacenados en la memoria.

De acuerdo con una realizacion pueden utilizarse una serie de valores establecidos, como se ilustra en la Fig. 14, en cooperacion con uno de los sistemas 10 ilustrados en las Figs. 11-13. El sistema 10 de potencia incluye al menos una fuente de energfa conectada a la barra colectora 50 de CC, a traves de un conversor 20, al menos dos dispositivos 40 de almacenamiento de energfa conectados a la barra colectora 50 de CC a traves de unos reguladores 30 separados, y una carga que recibe energfa desde la barra colectora 50 de CC y/o la red de suministro electrico. Un valor establecido 302 de referencia define un nivel de tension deseado para la barra colectora 50 de CC. Cada uno de los reguladores 30 incluye un valor establecido bajo 306 o 316 de tension, y un valor establecido alto 308 o 318 de tension, que definen una banda 304 o 314 aceptable para el nivel de tension. Si la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC se mantiene dentro de esta banda, el regulador 30 no transfiere energfa hacia la barra colectora 50 de CC o desde la misma. Uno de los reguladores 30 incluye un primer valor establecido bajo 306 de tension y un primer valor establecido alto 308 de tension, que definen una primera banda 304 de tension. Otro de los reguladores 30 incluye un segundo valor establecido bajo 316 de tension y un segundo valor establecido alto 318 de tension, que define una segunda banda 314 de tension.

Cada uno de los reguladores 30 se ejecuta independientemente de los otros reguladores 30, para mantener el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC en el valor establecido 302 de referencia. Con referencia tambien a la Fig. 8, cada regulador 30 controla el nivel de carga en el correspondiente dispositivo 40 de almacenamiento, en la etapa 202. En la etapa 204, el regulador 30 determina si el dispositivo 40 de almacenamiento esta completamente cargado. Si el dispositivo 40 de almacenamiento esta completamente cargado, no podra aceptar mas energfa desde la barra colectora 50 de CC. Si el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC supera el valor establecido alto de tension mientras el dispositivo 40 de almacenamiento esta completamente cargado, se deshabilita la electronica 38 de potencia para evitar el flujo de potencia adicional al dispositivo 40 de almacenamiento, como se ilustra en las etapas 206, 208 y 210. Sin embargo, si el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC es menor que el valor establecido alto de tension y el dispositivo 40 de almacenamiento esta completamente cargado, se habilita la electronica 38 de potencia para permitir la transferencia de energfa desde el dispositivo 40 de almacenamiento a la barra colectora 50 de CC, de acuerdo con se requiera, como se muestra en las etapas 208, 212, y 214.

Si el dispositivo 40 de almacenamiento no esta completamente cargado, el regulador 30 determina si el dispositivo 40 de almacenamiento esta totalmente descargado, en la etapa 216. Si el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC cae por debajo del valor establecido bajo de tension, mientras el dispositivo 40 de almacenamiento esta completamente descargado, se deshabilita la electronica 38 de potencia porque el dispositivo 40 de almacenamiento no puede suministrar energfa a la barra colectora 50 de CC, como se ilustra en las etapas 218, 220 y 222. Sin embargo, si el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC es mayor que el valor establecido bajo de tension y el dispositivo 40 de almacenamiento esta completamente descargado, se habilita la electronica 38 de potencia para permitir la transferencia de energfa desde la barra colectora 50 de CC, de acuerdo con se requiera, como se muestra en las etapas 220, 212, y 214.

Si el dispositivo 40 de almacenamiento no esta completamente cargado ni completamente descargado, se habilita el regulador 30 para gestionar la transferencia de energfa entre el dispositivo 40 de almacenamiento y la barra colectora 50 de CC, como se muestra en las etapas 212 y 214. Cada regulador 30 se ejecuta para mantener el nivel de tension de CC dentro de la banda de tension almacenada en la memoria 34, como una funcion de la senal 36 de tension de barra colectora de CC. Con referencia de nuevo a la Fig. 14, un primer regulador 30 tiene una primera banda 304 de tension, y un segundo regulador 30 tiene una segunda banda 314 de tension. Si la senal 36 de tension de barra colectora de CC se eleva por encima del valor establecido alto 308 o 318 de tension, de uno de los reguladores 30, y si el correspondiente dispositivo 40 de almacenamiento de energfa cuenta con capacidad, se ejecuta el regulador 30 para transferir energfa desde la barra colectora 50 de CC comun hasta el correspondiente dispositivo 40 de almacenamiento de energfa. Si la senal 36 de tension de barra colectora de CC cae por debajo del valor establecido bajo 306 o 316 de tension, de uno de los reguladores 30, y si el correspondiente dispositivo 40 de almacenamiento de energfa cuenta con energfa almacenada, se ejecuta el regulador 30 para transferir energfa desde el dispositivo 40 de almacenamiento de energfa hasta la barra colectora 50 de cC comun. Al ajustar el tamano de una de las bandas 304 o 314 de tension a un tamano mayor que el tamano de la otra banda 304 o 314 de tension, el sistema 10 de potencia trata de mantener la amplitud de la tension de la barra colectora de CC dentro de la primera banda 304 de tension, utilizando el primer regulador 30 y su dispositivo 40 de almacenamiento asociado. Si la energfa generada por las fuentes, o extrafda por las cargas, excede la capacidad del primer dispositivo 40 de almacenamiento, entonces se utilizaran el segundo regulador 30 y su dispositivo 40 de almacenamiento de energfa asociado. Ajustar las bandas 304 y 314 de tension de esta manera permite, por ejemplo, utilizar dispositivos 40 de

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

almacenamiento de ene^a que tengan diferentes ciclos de carga/descarga o para dispositivos 40 de almacenamiento de ene^a identicos, las diferentes bandas pueden garantizar el uso de un dispositivo 40 de almacenamiento de energfa espedfico. Ajustar periodicamente las bandas 304 y 314 de tension puede variar el dispositivo 40 de almacenamiento primario y secundario.

Las etapas de la Fig. 8 se repiten de manera que el regulador 30 pueda monitorizar continuamente la tension en la barra colectora 50 de CC, y responder adecuadamente. De esta manera, el regulador 30 y el dispositivo 40 de almacenamiento operan para regular la amplitud de la barra colectora 50 de CC, dentro de una banda deseada. Preferentemente, el dispositivo 40 de almacenamiento esta dimensionado de tal manera que permanezca generalmente en un estado parcialmente cargado, recibiendo energfa desde la barra colectora 50 de CC cuando la energfa generada supere las demandas de las cargas, y suministrando energfa a la barra colectora 50 de CC cuando las carga soliciten mas energfa de la proporcionada por las fuentes de generacion.

Cada conversor 20 opera independientemente de los otros conversores 20 y los reguladores 30, para suministrar potencia a la barra colectora 50 de CC. Con referencia a las Figs. 7 y l6, se ilustra el funcionamiento de los conversores 20 de acuerdo con una realizacion. En la etapa 102, el conversor 20 monitoriza la senal 26 de tension para determinar la amplitud de la tension de CC presente en la barra colectora 50 de CC. En la etapa 104, se compara la senal 26 de tension con un valor establecido maximo 322 de tension predeterminado, por ejemplo el 120 % del valor establecido 302 de tension de referencia para la tension de la barra colectora de CC. Si la tension en la barra colectora 50 de CC se eleva por encima de este valor establecido maximo 322 de tension, el conversor 20 deshabilitara la electronica 28 de potencia, de acuerdo con la etapa 106, a fin de evitar que se introduzca mas potencia en el sistema. Si la tension en la barra colectora 50 de cC esta por debajo del valor establecido maximo 322 de tension, el conversor 20 estara listo para transferir energfa desde la fuente de generacion hasta la barra colectora 50 de CC. En la etapa 108, el conversor 20 monitoriza la fuente de generacion para determinar si esta generando potencia. Si no se esta generando potencia, se deshabilita la electronica 28 de potencia, de acuerdo con la etapa 106, porque no hay necesidad de transferir potencia a la barra colectora 50 de CC. Si se esta generando potencia, el conversor 20 habilita la electronica 28 de potencia para que transfiera la energfa desde la fuente hasta la barra colectora 50 de CC, de acuerdo con la etapa 110. En la etapa 111, el conversor 20 compara la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC con el nivel 326 de retorno. Si la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC es menor que el nivel 326 de retorno, se transfiere energfa con una eficiencia maxima de funcionamiento, de acuerdo con la etapa 113. Por ejemplo, el procesador 22 de la unidad de control 25 puede ejecutar un algoritmo de seguimiento de punto maximo de potencia, como se conoce en la tecnica, para proporcionar la maxima transferencia de potencia desde la fuente hasta la barra colectora 50 de CC. Sin embargo, si la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC es mayor que el nivel 326 de retorno, se transfiere energfa con una eficiencia reducida de acuerdo con la etapa 115. La eficiencia puede reducirse como una funcion de cuanto mayor sea la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC con respecto al nivel 326 de retorno. Las etapas de la Fig. 7 se repiten de manera que el conversor 20 monitorice continuamente la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC, y responda adecuadamente.

De manera similar, el inversor 60 opera independientemente del resto de dispositivos de conversion de potencia. Cuando el sistema 10 de potencia esta conectado a una carga de CA independiente de la red, el inversor 60 transfiere energfa desde la barra colectora 50 de CC a la carga de CA, a una tension y frecuencia definidas de acuerdo con los requisitos de la carga de CA. Cuando el sistema 10 de potencia esta conectado a la red de suministro electrico, el inversor 60 sincroniza su salida con la tension y la frecuencia del suministro electrico. El inversor 60 controla la transferencia de potencia, ya sea hacia la red de suministro electrico o desde la misma, en respuesta al nivel de tension en la barra colectora 50 de CC. Con referencia tambien a la Fig. 17, el inversor 60 incluye valores establecidos para habilitar y deshabilitar la transferencia de energfa entre la red de suministro electrico y la barra colectora 50 de CC. Por ejemplo, un valor establecido alto 332 de tension y un valor establecido bajo 330 de tension en el inversor pueden establecer una tercera banda de tension, para la interaccion con la red de suministro electrico. Si la senal de tension 66 de la barra colectora de CC esta dentro de esta banda, no se requerira la transferencia de energfa, ni hacia la red de suministro electrico ni desde la misma. Si la senal 66 de tension de la barra colectora de CC es mayor que el valor establecido alto 332 de tension, el inversor 60 transferira energfa desde la barra colectora 50 de CC a la red de suministro electrico. Si la senal 66 de tension de la barra colectora de CC es menor que el valor establecido bajo 330 de tension, el inversor 60 transferira energfa desde la red de suministro electrico a la barra colectora 50 de CC. Alternativamente, el inversor 60 puede permanecer habilitado y transferir energfa entre la red de suministro electrico y la barra colectora 50 de CC, como una funcion de la senal 66 de tension de la barra colectora de CC con respecto a la senal 302 de tension de referencia. Se contempla adicionalmente que el sistema 10 de potencia pueda configurarse para que opere sin dispositivos 40 de almacenamiento de energfa. En tal modo de operacion, puede utilizarse la banda de tension del inversor para mantener el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC. De este modo, la conexion a la red puede ayudar a mantener la barra colectora 50 de CC en el nivel de tension de CC deseado, y tambien puede proporcionar otra fuente de energfa para cargar los dispositivos 40 de almacenamiento proporcionados en el sistema 10 de potencia.

Pueden utilizarse aun mas valores establecidos para llevar a cabo otras funciones dentro del sistema 10 de potencia. Un valor establecido mmimo 320 de tension identifica la amplitud minima de la tension, presente en la barra colectora de CC, a la que el sistema 10 de potencia puede continuar operando. Del mismo modo, un valor

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

establecido maximo 322 de tension identifica la amplitud maxima de la tension, presente en la barra colectora de CC, a la que el sistema 10 de potencia puede continuar operando. Si la amplitud de la tension es menor que el valor establecido mmimo 320 de tension, o bien mayor que el valor establecido maximo 322 de tension, se deshabilitara el dispositivo de conversion de potencia y se detendra la operacion. Un valor establecido alto 324 de tension identifica, por ejemplo, un nivel de tension por encima del cual debera emitirse un mensaje de aviso. Pueden configurarse numerosas combinaciones de valores establecidos. Por ejemplo, diferentes dispositivos de conversion de potencia del sistema 10 de potencia pueden tener diferentes valores establecidos mmimos o maximos 320 y 322 de tension, respectivamente. Cada uno de los conversores 20 puede tener un valor establecido maximo 322 de tension inferior, de tal manera que dejen de suministrar electricidad generada a la barra colectora 50 de CC y permitan que los reguladores 30 continuen extrayendo energfa desde la barra colectora 50 de CC, y reduzcan el nivel de tension de la misma. Opcionalmente, un conversor 20 puede tener un valor establecido maximo 322 de tension inferior al de otro conversor 20, de tal manera que uno de los conversores detenga la transferencia de energfa a la barra colectora 50 de CC en un primer nivel, y evite un mayor aumento de la amplitud de la tension en la barra colectora 50 de CC. Con referencia tambien a la Fig. 18, puede proporcionarse un valor establecido 334 de arranque de generador en un conversor 20, conectado a un generador alimentado por combustible. Si la senal 26 de tension de la barra colectora de CC es menor que el valor establecido 334 de arranque de generador, puede enviarse una senal al generador para iniciar el funcionamiento del mismo. Cuando el generador alcance un punto de funcionamiento estable, el conversor 20 transfiere energfa desde el generador a la barra colectora 50 de CC comun. Puede utilizarse un segundo valor establecido, que no se muestra, u otra senal dentro del conversor 20, para deshabilitar el generador.

La operacion independiente de cada uno de los conversores 20, y de los reguladores 30, facilita una construccion modular del sistema 10 de potencia. Por ejemplo, cada uno de los conversores 20 y los reguladores 30 puede construirse como un modulo individual, como se ilustra en la Fig. 9. Cada modulo puede tener un tamano variable dependiendo, por ejemplo, de la capacidad de conversion de potencia del modulo y de los requisitos de la electronica de potencia para el tipo de fuente de generacion. Preferentemente, cada modulo esta configurado para su montaje en un bastidor comun con cualquier disposicion, pero preferentemente en una serie de columnas. La barra colectora 50 de CC se extiende entre los modulos. Los conversores 20 y los reguladores 30 estan configurados para conectar con la barra colectora 50 de CC a lo largo de una de las derivaciones. De manera similar, el inversor 60 es otro modulo configurado para su montaje en el bastidor comun y su conexion con una derivacion de la barra colectora 50 de CC. Pueden incluirse otros modulos, segun sea necesario (por ejemplo, disyuntores de CA entre el inversor y la red de suministro electrico o un panel de visualizacion), para montarlos de manera similar en el bastidor comun, y pueden conectarse o no con la barra colectora 50 de CC, segun sea necesario. Cada uno de los dispositivos de conversion de potencia incluye valores establecidos y un programa almacenado, para controlar independientemente la transferencia de energfa entre el dispositivo de conversion de potencia y la barra colectora 50 de CC, de acuerdo con los requisitos de la aplicacion.

Con referencia ahora a las Figs. 10, 11 y 13, el sistema 10 de potencia fubrido puede incluir adicionalmente una interfaz central 80. De acuerdo con una realizacion, la interfaz central 80 incluye un dispositivo de visualizacion y una interfaz de usuario, incluyendo, pero sin limitacion, un teclado, un raton, un panel tactil, o una pantalla tactil. La interfaz central 80 puede estar situada proxima al sistema 10 de potencia hfbrido, o incorporada dentro del mismo. Opcionalmente, la interfaz central 80 puede estar ubicada de forma remota al sistema 10 de potencia hfbrido, y conectada a traves de cualquier red cableada o inalambrica adecuada. La interfaz central 80 tambien esta en comunicacion con cada uno de los dispositivos de conversion de potencia del sistema 10 de potencia hfbrido, a traves de una red 82 adecuada que puede incluir, por ejemplo, Ethernet, Ethernet/IP, o cualquier otra red de comunicaciones industrial. La interfaz central 80 incluye un dispositivo de memoria, que almacena una copia de cada uno de los valores establecidos dentro de los dispositivos de conversion de potencia. La interfaz de usuario y el dispositivo de visualizacion permiten a un usuario configurar los valores establecidos, y transmitir nuevos valores para cualquiera de los valores establecidos a los dispositivos de conversion de potencia, a traves de la red 82. Si se anade un nuevo dispositivo de conversion de potencia al sistema 10 de potencia, un usuario puede introducir en la interfaz central 80 valores para cualquiera de los valores establecidos, utilizados por el dispositivo de conversion de potencia. Opcionalmente, puede almacenarse un conjunto predeterminado de valores en el dispositivo de conversion de potencia, y pueden configurarse la interfaz central 80 para que detecte automaticamente el dispositivo y cargue los valores almacenados.

La interfaz central 80 puede incluir adicionalmente un programa, configurado para ejecutarse periodicamente en un procesador de la interfaz central 80. Con referencia a la Fig. 14, el programa puede estar configurado, por ejemplo, para intercambiar periodicamente los valores establecidos de tension de multiples reguladores 30. Si un sistema 10 de potencia incluye dos o mas reguladores 30 y dispositivos 40 de almacenamiento de energfa, es posible que uno de los reguladores 30 y su dispositivo 40 de almacenamiento asociado pueda tener una tasa de uso mas alta que otro regulador 30, y su dispositivo 40 de almacenamiento asociado. Incluso si los valores establecidos de cada regulador 30 son identicos, las tolerancias y las compensaciones de fabricacion pueden causar que uno de los reguladores 30 comience la transferencia de energfa, entre la barra colectora 50 de CC comun y el dispositivo 40 de almacenamiento, antes que otro de los reguladores. Por lo tanto, para proporcionar un uso mas uniforme de los dispositivos 40 de almacenamiento de energfa, la interfaz central 80 puede configurarse para que intercambie periodicamente el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension, de un primer regulador de energfa, con el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension de un segundo regulador de

ene^a. Cada dispositivo 40 de almacenamiento de ene^a sera alternativamente un dispositivo primario o secundario, para mantener el nivel de tension en la barra colectora 50 de CC.

Con referencia tambien a la Fig. 15, puede resultar deseable cargar o descargar totalmente los dispositivos 40 de 5 almacenamiento de energfa de manera periodica. Para descargar uno de los dispositivos 40 de almacenamiento de energfa, puede configurarse el programa de la interfaz central 80 para que cargue un nuevo valor en cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension de un primero de los reguladores de energfa, que sea mayor que el valor establecido alto de tension de al menos uno de los otros reguladores de energfa. El regulador 30 reconfigurado comenzara entonces la transferencia de energfa, a la barra colectora 50 de CC, desde 10 su dispositivo 40 de almacenamiento de energfa asociado. Una carga conectada puede consumir la energfa o, si la energfa transferida supera los requisitos de la carga, los reguladores 30 restantes transferiran energfa desde la barra colectora 50 de CC a sus dispositivos 40 de almacenamiento de energfa asociados. Cuando la interfaz central 80 recibe una senal correspondiente a la descarga del dispositivo 40 de almacenamiento de energfa, el valor de cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension del primer regulador de energfa se 15 restablecera a sus valores operativos originales. De manera similar, el programa que se ejecuta en la interfaz central 80 puede configurarse para que descargue secuencialmente un regulador 30 en un momento en el que el sistema 10 de potencia permanezca operativo, mientras lleva a cabo ciclos de descarga en cada uno de los dispositivos 40 de almacenamiento de energfa. Aunque se han analizado dos ejemplos espedficos del uso de las bandas de tension, a saber, para garantizar un uso uniforme de los dispositivos 40 de almacenamiento de energfa y para 20 cargar/descargar secuencialmente los dispositivos 40 de almacenamiento de energfa, debe comprenderse que pueden configurarse numerosas otras configuraciones de las bandas de tension para lograr otras condiciones de funcionamiento deseadas.

Claims (8)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Un sistema (10) de control de potencia para gestionar la transferencia de energfa, comprendiendo el sistema de control de potencia:

   una barra colectora (50) de CC comun;

   una pluralidad de dispositivos (40) de almacenamiento de ene^a; y

   una pluralidad de reguladores (30) de energfa, teniendo cada regulador (30) de energfa una primera conexion que esta electricamente acoplada con al menos uno de los dispositivos (40) de almacenamiento de energfa, y una segunda conexion electricamente acoplada con la barra colectora (50) de CC comun, de modo que cada regulador (30) de energfa comprende adicionalmente:

   una pluralidad de conmutadores, activandose selectivamente cada conmutador de acuerdo con una senal de conmutacion, en el que la pluralidad de conmutadores controla la transferencia de energfa entre la primera y la segunda conexion;

   una senal de tension, correspondiente a la amplitud de una tension de CC presente en la barra colectora (50) de CC;

   un dispositivo (34) de memoria que almacena al menos un programa de control, un valor establecido bajo de tension y un valor establecido alto de tension; y

   un procesador (32) que ejecuta el programa de control, para generar las senales de conmutacion para cada uno de la pluralidad de conmutadores en funcion de la senal de tension, el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension, en el que:

   si la senal de tension es mayor que el valor establecido alto de tension, se transfiere energfa desde la barra colectora (50) de CC comun a los dispositivos (40) de almacenamiento de energfa, si la senal de tension es menor que el valor establecido bajo de tension, se transfiere energfa desde los dispositivos (40) de almacenamiento de energfa a la barra colectora (50) de CC comun, caracterizado por que:

   al menos uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension de un primer regulador de energfa, seleccionado de la pluralidad de reguladores de energfa y que corresponde a un primer dispositivo de almacenamiento de energfa de la pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energfa, es diferente que el respectivo valor establecido bajo de tension o valor establecido alto de tension de un segundo regulador de energfa, seleccionado de entre la pluralidad de reguladores de energfa y que corresponde a un segundo dispositivo de almacenamiento de energfa de la pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energfa.
2. 2. El sistema de control de potencia de la reivindicacion 1, en el que el primer dispositivo de almacenamiento de energfa tiene una construccion diferente que el segundo dispositivo de almacenamiento de energfa, y cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension, tanto para el primer regulador de energfa como para el segundo regulador de energfa, es una funcion de la construccion del primer dispositivo de almacenamiento de energfa y del segundo dispositivo de almacenamiento de energfa, respectivamente.
3. 3. El sistema de control de potencia de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente un controlador central (80) en comunicacion con cada uno de los reguladores (30) de energfa, que tiene un procesador configurado para ejecutar un programa almacenado, y un dispositivo de memoria que almacena al menos el programa y una copia de cada uno de los valores establecidos de tension para los reguladores (30) de energfa.
4. 4. El sistema de control de potencia de la reivindicacion 3, en el que el controlador central (80) esta configurado para ejecutar periodicamente el programa almacenado en el procesador, para que intercambie el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension del primer regulador de energfa con el valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension del segundo regulador de energfa.
5. 5. El sistema de control de potencia de la reivindicacion 3, en el que el controlador central (80) esta configurado para ejecutar periodicamente el programa almacenado en el procesador, para:

   cargar un nuevo valor en cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension del primer regulador de energfa, en el que cada uno de los nuevos valores es mayor que el valor establecido alto de tension de cada uno de los otros reguladores de energfa;

   recibir una senal correspondiente a la descarga de un primer dispositivo de almacenamiento de energfa, conectado al primer regulador de energfa; y

   restablecer el valor de cada uno del valor establecido bajo de tension y el valor establecido alto de tension del primer regulador de energfa, a su valor operativo original.

   5

   10

   15

   20

   25
6. 6. El sistema de control de potencia de la reivindicacion 1, que comprende adicionalmente:

   al menos un conversor (20) de energfa, que tiene una entrada electricamente acoplada con una fuente de generacion de potencia, y una salida electricamente acoplada con la barra colectora (50) de CC comun, comprendiendo cada conversor de energfa adicionalmente:

   una pluralidad de conmutadores, activandose selectivamente cada conmutador de acuerdo con una senal de conmutacion, en el que la pluralidad de conmutadores controla la transferencia de energfa entre la entrada y la salida;

   una senal de tension correspondiente a la amplitud de la tension de CC, presente en la barra colectora (50) de CC;

   un dispositivo de memoria, que almacena al menos un programa de control y un valor establecido de seleccion de modo; y

   un procesador que ejecuta el programa de control para generar las senales de conmutacion, para transferir energfa desde la entrada a la salida como una funcion de la senal de tension y del valor establecido de seleccion de modo.
7. 7. El sistema de control de energfa de la reivindicacion 6, en el que el procesador ejecuta el programa de control en un primer modo operativo, para transferir a la barra colectora (50) de CC una cantidad maxima de energfa generada por la fuente si la senal de tension de CC es menor que el valor establecido de seleccion de modo, y el procesador ejecuta el programa de control en un segundo modo operativo para transferir a la barra colectora (50) de CC la energfa generada por la fuente, a una velocidad reducida, si la senal de tension de CC es mayor que el valor establecido de seleccion de modo.
8. 8. El sistema de control de potencia de la reivindicacion 7, en el que la velocidad a la que se transfiere a la barra colectora (50) de CC la energfa generada por la fuente es una funcion de la diferencia entre la senal de tension y el valor establecido de seleccion de modo.