ES2862169T3 - Sistema de conversión de potencia - Google Patents

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Luis Jose Garces
Ravisekhar Nadimpalli Raju
Ashraf Said Atalla
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Abstract

Un sistema colector de corriente continua de tensión media, MVDC, (202) para instalaciones de generación de energía renovable, comprendiendo dicho sistema colector de MVDC (202): un bus de MVDC (209); al menos un dispositivo de generación de energía renovable (200); al menos un convertidor de potencia de corriente continua, CC a CC, CC/CC, (208; 300; 500; 600) acoplado a dicho al menos un dispositivo de generación de energía renovable (200) y a dicho bus de MVDC (209), estando dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) configurado para cambiar una operación de conmutación de dicho convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) entre una conversión de onda completa y conversión de onda media; y al menos un controlador (252) acoplado a dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600), estando dicho al menos un controlador configurado para regular el cambio de la operación de conmutación de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) entre una conversión de onda completa y conversión de onda media; en donde dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) comprende una pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518), estando cada dispositivo de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación acoplado a dicho al menos un controlador (252), estando dicho al menos un controlador (252) configurado, además, para mantener al menos una primera porción de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) en un estado APAGADO y una segunda porción de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) en un estado ENCENDIDO para facilitar el cambio de la operación de conmutación de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) de una conversión de onda completa a conversión de onda media, estando dicho al menos un controlador (252) configurado, además, para: regular la frecuencia de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518); recibir valores en tiempo real de la energía eléctrica transmitida a través de dicho al menos un convertidor de energía CC/CC (208; 300; 500; 600); regular la frecuencia de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) para regular la ganancia de tensión de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) en función de los valores en tiempo real de la energía eléctrica transmitida a través de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600); cambiar la operación de conmutación de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) entre una conversión de onda completa y conversión de onda media en función de los valores en tiempo real de la energía eléctrica transmitida a través de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600); y caracterizado por que dicho al menos un controlador (252) está configurado, además, para disminuir la frecuencia de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) para disminuir la ganancia de tensión de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) cuando se detecta una condición de falla de sobrecarga o una condición de falla de cortocircuito, facilitando así el aislamiento de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600); y un diodo (210) se coloca entre el bus de MVDC (209) y dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) para facilitar aún más el aislamiento de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) y para permitir solo un flujo de potencia unidireccional de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) en el bus de MVDC (209).

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de conversión de potencia
Antecedentes
El campo de la descripción se refiere por lo general a sistemas de conversión de potencia y, más particularmente, a convertidores de potencia de corriente continua (CC) a CC y a configuraciones de convertidores de potencia para instalaciones de energía renovable,
Al menos algunas de las instalaciones de generación de energía eléctrica conocidas están configuradas para utilizar fuentes de energía renovables para la generación de energía eléctrica, Ejemplos de tales instalaciones incluyen la mayoría de las instalaciones de generación de energía solar, la mayoría de las instalaciones de generación de energía geotérmica y algunas instalaciones de generación de energía eólica, Las instalaciones de generación de energías renovables más conocidas, por ejemplo, las instalaciones de generación de energía solar incluyen matrices fotovoltaicas (PV) que generan potencia de corriente continua de tensión baja (LVDC), p, ej,, en un intervalo entre aproximadamente 0,6 kilovoltios (kV) y aproximadamente 1,5 kV, Tales instalaciones solares conocidas incluyen también un sistema de conversión de potencia, es decir, un sistema colector solar LVDC que convierte la potencia CC recolectada en corriente alterna (CA), Dichos sistemas colectores solares LVDC conocidos incluyen una pluralidad de cadenas, donde cada cadena incluye una matriz PV y un convertidor de potencia CC a CA (CC/CA) acoplado a la matriz PV, Los convertidores de potencia CC/CA están configurados para convertir la potencia LVDC en potencia CA a un valor de tensión bajo de aproximadamente 600 voltios de CA (VCA), Cada cadena también incluye un transformador elevador configurado para aumentar la potencia de 600 VCA a una tensión media (MV) dentro de un intervalo entre aproximadamente 2 kV y aproximadamente 34,5 kV y un disyuntor aguas abajo entre el transformador y un bus de MV, La potencia de MV se incrementa aún más a una tensión de CA más alta adecuada para su uso en un sistema de red de energía eléctrica de CA, p, ej,, una alta tensión (HV) de aproximadamente 345 kV, Puesto que cada instalación de generación de energía solar puede incluir una gran cantidad de tales cadenas, los costes de construcción y mantenimiento de tales instalaciones aumentan sustancialmente,
Dichos sistemas colectores solares de LVDC conocidos tienen una banda relativamente estrecha de flexibilidad con respecto a la regulación de las salidas de tensión y potencia de las matrices solares antes de la transformación a CA y las posteriores subidas de tensión, Específicamente, sustancialmente no hay mecanismos de control de tensión y potencia entre las matrices solares y los convertidores de potencia CC/CA, donde los disyuntores en las cadenas proporcionan un control de potencia aproximado, También, los dispositivos de conmutación de los convertidores de potencia CC/CA suelen tener velocidades de conmutación de baja frecuencia, inhibiendo así la integración de las características de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) en la estrategia de control de las cadenas individuales de los sistemas colectores solares LVDC, El documento US 2014/183953 A1 describe un método y un aparato para un convertidor de tres puertos con entrada doble independiente y un primer puerto de CC para acoplar un primer circuito de medio puente a una primera línea de CC externa y un segundo puerto de CC para acoplar un segundo circuito de medio puente a una segunda línea de CC externa, Ambos circuitos de medio puente se operan como un puente en H completo durante un modo de operación de puente completo y uno de los medios puentes se opera como un medio puente en H durante un modo de operación de medio puente, Además, se proporciona un controlador para controlar los conmutadores, Los modos de medio puente y de puente completo sirven para proporcionar un amplio intervalo de control para tensión de salida máxima cerca de los picos de CA y tensiones de salida bajas cerca de cero CA,
Zhigang Liang et al: "Un nuevo inversor fotovoltaico de alta eficiencia y amplio intervalo de entrada", Congreso y Exposición de Conversión de Energía (ECCE), 2010 IEEE, Piscataway, Nueva Jersey, Estados Unidos, 12 de septiembre de 2010 (2010-09-12), páginas 2937-2943, XP031787420, ISb N: 978-4244-5286-6 se refiere a otro modo de operación de medio puente y de puente completo en convertidores de potencia,
El documento WO 2012/150933 A1 se refiere al control de potencia reactiva en plantas de energía solar para cumplir con los requisitos de la red, Otro inconveniente de las soluciones del estado de la técnica es que la característica principal de protección contra fallas para cada cadena es el disyuntor de cadena asociado que puede configurarse para aislar la cadena asociada después de un período de tiempo predeterminado, y las características de protección pueden ser unidireccionales, Cooke P Ed - Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos: "Análisis de una técnica de retroceso de frecuencia controlada por tensión que mejora la protección contra cortocircuitos para convertidores derivados del reductor", Intelec, 18a Conferencia Internacional de Energía en Telecomunicaciones, Boston, Estados Unidos, 6-12 de octubre de 1996 (1996-10-06), páginas 749-755, XP000699891, ISBN: 978-0-7803-3508-0 se refiere a un esquema de retroceso de frecuencia para reducir el efecto del retardo de propagación en un convertidor con modulación de ancho de pulso (PWM) durante una condición de sobrecarga de salida o de falla, El documento US 5498995 se refiere a circuitos de controlador mejorados para una fuente de alimentación de conmutación donde la frecuencia de los pulsos PWM se desplaza en respuesta a la disminución de la tensión de salida por debajo de un valor umbral, El documento US 2014/0185340 A1 se refiere a una fuente de alimentación de conmutación con un circuito de control que puede reducir la frecuencia de los pulsos PWM al detectar una condición de sobrecarga y que limita una corriente de salida,
Breve descripción
La presente invención se refiere a un sistema colector de corriente continua de tensión media (MVDC) para instalaciones de generación de energías renovables según la reivindicación 1.
Dibujos
Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente divulgación se comprenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde:
la Figura 1 es una vista esquemática de una instalación de generación de energía renovable de la técnica anterior;
la Figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de una instalación de generación de energía renovable a modo de ejemplo;
la Figura 3 es una vista esquemática de una porción de un convertidor de potencia de corriente continua (CC) a CC (CC/CC) a modo de ejemplo que puede usarse con la instalación de generación de energía renovable mostrada en la Figura 2;
la Figura 4 es una vista gráfica de las características operativas del convertidor de potencia CC/CC mostrado en la Figura 3;
la Figura 5 es una vista esquemática de una porción de un convertidor de potencia CC/CC alternativo que puede usarse con la instalación de generación de energía renovable mostrada en la Figura 2; y
la Figura 6 es una vista esquemática de una porción de otro convertidor de potencia CC/CC alternativo que puede usarse con la instalación de generación de energía renovable mostrada en la Figura 2.
A no ser que se indique lo contrario, los dibujos proporcionados en la presente memoria están destinados a ilustrar características de las realizaciones de la descripción. Se cree que estas características son aplicables en una amplia variedad de sistemas que comprenden una o más realizaciones de la descripción. Como tal, los dibujos no pretenden incluir todas las características convencionales conocidas por los expertos en la técnica que son necesarias para la práctica de las realizaciones descritas en la presente memoria.
Descripción detallada
En la siguiente memoria descriptiva y en las reivindicaciones, se hará referencia a una serie de términos, que se definirán con los siguientes significados.
Las formas singulares "un", "una" y "el/la" incluyen referencias plurales a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
"Opcional" u "opcionalmente" significa que el evento o circunstancia descrito posteriormente puede ocurrir o no, y que la descripción incluye casos donde ocurre el evento y casos donde no.
El lenguaje de aproximación, como se emplea en esta memoria y en las reivindicaciones, se puede aplicar para modificar cualquier representación cuantitativa que pueda variar de forma permisible sin que resulte en un cambio en la función básica con la que está relacionada. Por consiguiente, un valor modificado por un término o términos, tal como "cerca de", "aproximadamente" y "sustancialmente", no deben limitarse al valor exacto especificado. En al menos algunos casos, el lenguaje de aproximación puede corresponder a la precisión de un instrumento para medir el valor. Aquí y como se emplea en esta memoria y en las reivindicaciones, las limitaciones de intervalo pueden combinarse y/o intercambiarse, tales intervalos están identificados e incluyen todos los subintervalos contenidos en los mismos a menos que el contexto o el lenguaje indique lo contrario.
Como se emplea en esta memoria, los términos "procesador" y "ordenador" y términos relacionados, p. ej., "dispositivo de procesamiento", "dispositivo informático" y "controlador" no se limitan solo a los circuitos integrados a los que se hace referencia en la técnica como un ordenador, sino que en general se refieren a un microcontrolador, un microordenador, un controlador lógico programable (PLC), un circuito integrado de aplicación específica y otros circuitos programables, y estos términos se usan indistintamente en la presente memoria. En las realizaciones descritas en la presente memoria, la memoria puede incluir, aunque no se limita a, un medio legible por ordenador, tal como una memoria de acceso aleatorio (RAM) y un medio no volátil legible por ordenador, tal como una memoria flash. Como alternativa, un disquete, un disco compacto - memoria de solo lectura (CD-ROM), un disco magnetoóptico (MOD) y/o un disco versátil digital (DVD) se pueden usar también. También, en las realizaciones descritas en la presente memoria, los canales de entrada adicionales pueden ser, pero sin limitación, periféricos de ordenador asociados con una interfaz del operador, tal como un ratón y un teclado. Como alternativa, se pueden usar también otros periféricos de ordenador que pueden incluir, por ejemplo, pero sin limitación, un escáner. Más aún, en la realización a modo de ejemplo, los canales de salida adicionales pueden incluir, pero sin limitación, un monitor de interfaz del operador.
Más aún, como se emplea en esta memoria, la expresión "tiempo real" se refiere al menos a uno de Ios momentos en que ocurrieron los eventos asociados, el momento de la medición y recopilación de datos predeterminados, el momento para procesar los datos y el tiempo de respuesta del sistema a los eventos y al entorno. En las realizaciones descritas en la presente memoria, estas actividades y eventos ocurren de forma sustancialmente instantánea.
Los sistemas colectores solares de corriente continua de tensión media (MVDC) y las instalaciones de generación de energía solar descritos en la presente memoria facilitan capacidades operativas mejoradas en comparación con los sistemas colectores solares de corriente continua de tensión baja (LVDC) conocidos. Los sistemas colectores solares MVDC descritos en la presente memoria facilitan la eliminación de muchos convertidores de potencia CC a corriente alterna (CA) (CC/CA) individuales y transformadores elevadores de cada cadena de matrices fotovoltaicas (PV), disminuyendo por tanto significativamente el equilibrio de los costes de la planta asociados con las instalaciones de generación de energía solar. Los sistemas e instalaciones descritos en la presente memoria incluyen convertidores de potencia CC/CC aislables que son convertidores de potencia resonantes, incluidos transformadores de alta frecuencia (HF) (dentro de un intervalo de aproximadamente 5 kilohercios (kHz) y aproximadamente 100 kHz). Dichos convertidores de potencia CC/CC están configurados para aumentar las tensiones LVDC dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,6 kilovoltios (kV) y aproximadamente 1,5 kV a MVDC con un intervalo entre aproximadamente 2 kV y aproximadamente 40 kV. El intervalo de frecuencia aumentado facilita el aumento de la eficiencia energética de los convertidores de potencia y facilita las funciones de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) en la estrategia de control de cadenas individuales. Una realización de los convertidores de potencia CC/CC aislables incluye circuitos que tienen una potencia nominal de aproximadamente 150 kilovatios (kW) con una frecuencia de conmutación de hasta aproximadamente 100 kHz a través de conmutadores tales como transistores de efecto de campo semiconductores de óxido de metal de carburo de silicio (SiC) (MOSFET) y material de núcleo de ferrita de bajo coste en el transformador de HF. Otra realización de los convertidores de potencia CC/CC aislables tiene un circuito que tiene una potencia nominal de aproximadamente 1,5 megavatios (MW) con una frecuencia de conmutación de aproximadamente 5 kHz de potencia a través de conmutadores de cualquiera de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) basados en silicio o MOSFET de SiC.
Los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilitan la ampliación de los intervalos de operación de tensión y potencia mediante una operación de puente completo/medio puente adaptativa y configurable. También, las realizaciones para los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilitan la extensión de los intervalos de operación de tensión y potencia mediante el uso de la operación de conmutación de HF de los conmutadores, donde las características de control de tensión y potencia de MPPT dentro de la estrategia de control de los convertidores de potencia CC/CC aislables son una función de la frecuencia HF empleada. Así mismo, las realizaciones para los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilitan la extensión de los intervalos de operación de tensión y potencia mediante el uso de configuraciones en serie/paralelo. Más aún, el control de tensión en las realizaciones de los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilita disminuciones rápidas y significativas de la ganancia de tensión de los convertidores de potencia cuando se detecta una condición de sobrecarga o una condición de cortocircuito, aislando así sustancialmente el convertidor de potencia CC/CC afectado de un bus de MVDC de interconexión y los otros convertidores de potencia, al menos uno de los que presenta fallas. Adicionalmente, se coloca un diodo entre el bus de MVDC y cada convertidor de potencia CC/CC para facilitar aún más el aislamiento de los convertidores de potencia y permitir solo el flujo de potencia unidireccional desde los convertidores de potencia CC/CC hasta el bus de MVDC.
La Figura 1 es una vista esquemática de una instalación de generación de energía renovable 100 de la técnica anterior. La instalación de generación de energía renovable 100 de la técnica anterior es una instalación de generación de energía solar que incluye un sistema colector de corriente continua de tensión baja (LVDC) 102. Como se emplea en esta memoria, la expresión "corriente continua de tensión baja" se refiere al intervalo de tensión definido entre 40 voltios de CC (V de CC) y 1,5 kilovoltios de CC (kV de CC). El sistema colector de LVDC 102 incluye una pluralidad de cadenas fotovoltaicas (PV) 104. Cada cadena PV 104 incluye al menos un dispositivo de generación de energía renovable, es decir, una matriz PV 106 con capacidad nominal de aproximadamente 1,5 kV de CC acoplada a un convertidor de potencia de corriente continua a corriente alterna (CC/CA) 108 con capacidad nominal de aproximadamente 3 megavatios (MW). La instalación de generación de energía renovable 100 incluye diez cadenas PV 104, por lo tanto, la instalación 100 tiene una capacidad nominal de 30 MW. Cada convertidor de potencia CC/CA 108 convierte los aproximadamente 1,5 kV de CC generados por las matrices PV 106 en aproximadamente 600 V de CA. Cada cadena PV 104 incluye también un transformador elevador 110 acoplado a un convertidor de potencia CC/CA 108 respectivo que aumenta la tensión generada por el respectivo convertidor de potencia CC/CA 108 de aproximadamente 600 V de CA a aproximadamente 34,5 kV de CA en el intervalo de CA de tensión media (MVAC). Como se emplea en esta memoria, la expresión "corriente alterna de tensión media" se refiere al intervalo de tensión definido entre 600 V de CA y 69 kV de CA.
La instalación de generación de energía renovable 100 incluye también un sistema colector de CA de MV 111 acoplado a cada transformador elevador 110. El sistema colector de MVAC incluye una porción de cada cadena PV 104. Específicamente, cada cadena fotovoltaica 104 incluye además al menos un relé de detección 112 acoplado a un respectivo transformador elevador 110 que está configurado para detectar una o más de la corriente y tensión en la cadena respectiva y proporcionar indicaciones a los operadores de la instalación 100 y características de protección automática, p. ej., y sin limitación, protecciones de subtensión, sobretensión y sobrecorriente. Cada cadena PV 104 incluye también un disyuntor 114 acoplado a un relé de detección 112 respectivo. El sistema colector de MVAC 111 incluye también un bus de MVAC 116 y cada disyuntor 114 está acoplado al bus de MVAC 116. Cada disyuntor 114 está configurado para aislar la cadena PV 104 respectiva del bus de MVAC 116.
Algunas realizaciones del sistema colector de LVDC 102 incluyen un dispositivo de almacenamiento de energía a granel 118 que incluye uno o más de, y sin limitación, baterías de almacenamiento y dispositivos de impulso. El dispositivo de almacenamiento de energía a granel 118 está acoplado al bus de MVAC 116 a través de un convertidor de potencia CC/CA 108, un transformador elevador 110, un relé de detección 112 y un disyuntor 114. Otras realizaciones del sistema colector de LVDC 102 incluyen un sistema de almacenamiento de energía distribuida 120 acoplado a un convertidor de potencia CC/CA 108 de una de las cadenas 104 a través de un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua (CC/CC) 122.
El sistema colector de MVAC 111 incluye además un transformador de tensión externo de CA de 34,5 kV 124 acoplado al bus de MVAC 116, donde el transformador 124 está configurado para transmitir potencia a una variedad de cargas (no mostradas). El sistema colector de MVAC 111 incluye también un disyuntor 126 en serie con un disyuntor de vacío 128 con un conmutador de tierra (no mostrado), donde el disyuntor 128 está configurado para 38 kV AC, 500 amperios y una capacidad de interrupción de 40 kiloamperios (kA). El sistema colector de MVAC 111 incluye además una pluralidad de supresores de sobretensión 130 con capacidad nominal de 34,5 kV de CA acoplados al bus de MVAC 116 aguas abajo del disyuntor de vacío 128.
La instalación de generación de energía renovable 100 incluye también un transformador elevador 132 acoplado al bus de MVAC 116 y a un bus de CA de alta tensión (HV) 134. Como se emplea en esta memoria, la expresión "alta tensión" se refiere a una tensión superior a 69 kV de CA. El transformador elevador 132 aumenta la tensión de 34,5 kV de CA en el bus 116 a 345 kV de CA en el bus 134. El bus de CA de HV 134 incluye una pluralidad de supresores de sobretensión 136 acoplados al mismo. También, el bus de CA de HV 134 incluye un disyuntor de hexafluoruro de azufre (SFs) 138 con capacidad nominal de 362 kV de AC, 2000 amperios y una clasificación de interrupción de 40 kA. El bus de CA de HV 134 incluye además un interruptor de desconexión de disyuntor de doble extremo 140 configurado para una instalación de generación de energía renovable 100 acoplada a una red eléctrica 142.
La instalación de generación de energía renovable 100 incluye además una pluralidad de instrumentación que incluye, sin limitación, un transformador de tensión capacitivo (CCVT) 144, un relé de HV 146, un relé 148 del lado de HV del transformador, un relé 150 del lado de MV del transformador, y transformadores de corriente (CT) y transformadores de potencial (PT) (no se muestra ninguno). La instalación de generación de energía renovable 100 incluye también un controlador 152 configurado para recibir señales de dispositivos que incluyen, sin limitación, señales (no mostradas) de los transformadores de corriente y transformadores de tensión, señales 154 hacia y desde el relé de HV 146, y señales y ordenes de referencia 156 de la red pública. El controlador 152 transmite y recibe también señales de medición y ordenes 158 desde y hacia, respectivamente, dispositivos que incluyen, sin limitación, sistema de almacenamiento de energía distribuida 120 y convertidores de potencia CC/CA 108.
La Figura 2 es una vista esquemática en perspectiva de una instalación de generación de energía renovable 200 a modo de ejemplo. En la realización a modo de ejemplo, la instalación de generación de energía renovable 200 es una instalación de generación de energía solar que incluye un sistema colector de corriente continua de tensión media (MVDC) 202. Como se emplea en esta memoria, la expresión "corriente continua de tensión media" se refiere al intervalo de tensión definido entre 1,5 kV de CC y 40 kV de CC. El sistema colector de MVDC 202 incluye una pluralidad de cadenas PV 204. Cada cadena PV 204 incluye al menos un dispositivo de generación de energía renovable, es decir, una disposición PV 206 con una capacidad nominal de aproximadamente 1,5 kV de CC acoplada a un convertidor de potencia de corriente continua a corriente continua (CC/CC) 208 con una capacidad nominal de aproximadamente 3 MW. La instalación de generación de energía renovable 200 incluye diez cadenas PV 204 (solo se muestran siete), por lo tanto, la instalación 200 tiene una potencia de 30 MW. Como alternativa, cualquier número de matrices PV 206 y convertidores de potencia CC/CC 208 tienen cualquier capacidad nominal de tensión y potencia que permita la operación de la instalación de generación de energía renovable 200 como se describe en la presente memoria, y como tal, la instalación 200 es totalmente escalable para cualquier capacidad nominal de generación de energía.
En la realización a modo de ejemplo, cada convertidor de potencia CC/CC 208 convierte los aproximadamente 1,5 kV de CC generados por las matrices PV 206 en aproximadamente /-10 kV de CC (polaridad positiva o negativa). En contraste con las cadenas PV 104 (mostradas en la Figura 1), cada cadena PV 204 está desprovista del convertidor de potencia CC/CA 108, un transformador elevador 110, un relé de detección 112 y un disyuntor 114 (todos mostrados en la Figura 1). Específicamente, a diferencia de la instalación 100, donde las cadenas PV 104 convierten una tensión FVDC de 1,5 kV de CC en una tensión de MVAC de 34,5 kV de c A a través del convertidor de potencia CC/CA 108 y el transformador 110, La cadena PV 204 aumenta la tensión FVDC de 1,5 kV de CC a /- 10 kV de CC con solo el convertidor de potencia CC/CC 208.
También, en la realización a modo de ejemplo, el sistema de colector de MVDC 202 incluye un bus de MVDC 209 y cada cadena PV 204 incluye una pila de diodos 210 acoplada al bus de MVDC 209. Cada pila de diodos 210 está configurada para facilitar la transmisión unidireccional de energía eléctrica del respectivo convertidor de potencia CC/CC 208 al bus de MVDC 209 y para facilitar el bloqueo del flujo de energía eléctrica del bus de MVDC 209 al convertidor de potencia CC/CC 208. Por lo tanto, a diferencia de la instalación 100, donde se utiliza un disyuntor 114 para aislar individualmente cada cadena PV 104, cada pila de diodos 210 facilita el aislamiento del bus de MVDC 209 de la cadena PV 204 asociada cuando se localiza una falla en la cadena PV 204 respectiva.
Además, en la realización a modo de ejemplo, la instalación de generación de energía renovable 200 incluye un sistema colector de MVAC 211 acoplado al sistema colector de MVDC 202 a través de un convertidor de energía CC/CA 212 y una pila de diodos 214. El sistema colector de MVAC 211 incluye un bus de MVAC 216 acoplado al convertidor de potencia CC/CA 212. La pila de diodos 214 facilita la transmisión unidireccional de energía eléctrica del bus de MVDC 209 al y hacia el convertidor de energía CC/CA 212 y facilita el bloqueo del flujo de energía eléctrica del convertidor de energía CC/CA 212 al bus de MVDC 209. Como tal, la pila de diodos 214 facilita el aislamiento del sistema de colector de MVDC 202 de las fallas ubicadas en el sistema de colector de MVAC 211 y posteriores. El convertidor de potencia CC/CA 212 convierte /-10 kV de CC del bus de MVDC 209 en 14 kV de CA.
Así mismo, en la realización a modo de ejemplo, el sistema colector de MVDC 202 incluye un dispositivo de almacenamiento de energía a granel 218 que incluye uno o más de, y sin limitación, baterías de almacenamiento y dispositivos de impulso. El dispositivo de almacenamiento de energía a granel 218 está acoplado al bus de MVDC 209 a través de un convertidor de potencia CC/CC 208. También, el sistema colector 202 de MVDC incluye un sistema de almacenamiento de energía distribuida 220 que incluye una pluralidad de dispositivos de almacenamiento de energía distribuida 221. Cada dispositivo 221 de almacenamiento de energía distribuida incluye uno o más de, y sin limitación, baterías de almacenamiento y dispositivos de impulso. También, cada dispositivo de almacenamiento 221 está acoplado a un respectivo convertidor de potencia CC/CC 208 a través de un convertidor de potencia distribuida CC/CC 222, donde cada cadena 204 incluye un dispositivo de almacenamiento de energía distribuida 221 y un convertidor de potencia CC/CC distribuida 222.
El sistema colector de MVAC 211 incluye además un transformador de tensión externa de 14 kV de CA 224 acoplado al convertidor de potencia CC/CA 212, donde el transformador 224 está configurado para transmitir potencia a una variedad de cargas (no mostradas). El sistema colector de MVAC 211 incluye también un disyuntor 226 en serie con un disyuntor de vacío 228 con un conmutador de tierra (no mostrado), donde el disyuntor 228 está configurado para 14 kV AC, 1500 amperios y una capacidad de interrupción de 40 kiloamperios (kA). El sistema colector de MVAC 211 incluye, además, una pluralidad de supresores de sobretensión 230 con capacidad nominal de 14 kV de CA acoplados al bus de MVAC 216 aguas abajo del disyuntor de vacío 228.
La instalación de generación de energía renovable 200 incluye también un transformador elevador 232 acoplado al bus de MVAC 216 y a un bus de CA de tensión alta (HV) 234. El transformador elevador 232 aumenta la tensión de 14 kV de CA en el bus 216 a 345 kV de CA en el bus 234. El bus de CA de HV 234 incluye una pluralidad de supresores de sobretensión 236 acoplados al mismo. También, el bus de CA de HV 234 incluye un disyuntor de hexafluoruro de azufre (SFs) 238 con capacidad nominal de 362 kV de AC, 2000 amperios y una clasificación de interrupción de 40 kA. El bus de CA de HV 234 incluye además un interruptor de desconexión de disyuntor de doble extremo 240 configurado para una instalación de generación de energía renovable 200 acoplada a una red eléctrica 242.
La instalación de generación de energía renovable 200 incluye además una pluralidad de instrumentación que incluye, sin limitación, un transformador de tensión capacitivo (CCVT) 244, un relé de HV 246, un relé 248 del lado de HV del transformador, un relé 250 del lado de MV del transformador, y transformadores de corriente (CT) y transformadores de potencial (PT) (no se muestra ninguno). La instalación de generación de energía renovable 200 incluye también un controlador 252 configurado para recibir señales de dispositivos que incluyen, sin limitación, señales (no mostradas) de los transformadores de corriente y transformadores de tensión, señales 254 hacia y desde el relé de HV 246, y señales y ordenes de referencia 256 de la red pública. El controlador 252 transmite y recibe también señales de medición y ordenes 258 desde y hacia, respectivamente, dispositivos que incluyen, sin limitación, el sistema de almacenamiento de energía distribuida 220 que incluye convertidores de potencia CC/CC 222, convertidores de potencia CC/CC 208 y convertidor de potencia CC/CA 212.
La Figura 3 es una vista esquemática de una porción de un convertidor de potencia CC/CC 300 a modo de ejemplo que puede usarse como convertidor de potencia CC/CC 208 con la instalación de generación de energía renovable 200 (mostrada en la Figura 2). Más específicamente, la Figura 3 muestra un circuito convertidor resonante de puente completo 301 con capacidad nominal de aproximadamente 150 kW. Puesto que el convertidor de potencia CC/CC 300 tiene una capacidad nominal de aproximadamente 3 MW, el convertidor 300 incluye al menos 20 circuitos convertidores resonantes de puente completo 301.
En la realización a modo de ejemplo, el circuito convertidor resonante de puente completo 301 incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación sustancialmente idénticos, es decir, transistores de efecto de campo semiconductores de óxido de metal de carburo de silicio (SiC) (MOSFET) 302, 304, 306 y 308. En paralelo con cada MOSFET 302, 304, 306 y 308 hay un diodo antiparalelo 310. En algunas realizaciones, el diodo antiparalelo 310 es un diodo de cuerpo de los MOSFET 302, 304, 306 y 308. Un enlace de CC 312 que incluye al menos un dispositivo capacitivo 314 está acoplado a las entradas de los MOSFET 302, 304, 306 y 308. El enlace de CC 312 facilita el mantenimiento de un potencial de tensión CC nominal de 1,5 kV, de cualquiera de polaridad positiva o negativa, en la entrada de los MOSFET 302, 304, 306 y 308. El potencial de tensión del enlace CC 312 varía en un amplio intervalo para facilitar el control MPPT del panel Pv 206.
También, en la realización a modo de ejemplo, Ios MOSFET 302, 304, 306 y 308 definen una configuración de puente completo. Como se describe más adelante, cada MOSFET 302, 304, 306 y 308 está acoplado al controlador 252 (mostrado en la Figura 2) que regula el estado de los MOSFET 302, 304, 306 y 308. Específicamente, el controlador 252 y los MOSFET 302, 304, 306 y 308 están configurados para mantener al menos una primera porción de los MOSFET 302, 304, 306 y 308 en un estado APAGADO y una segunda porción de los MOSf Et 302, 304, 306 y 308 en un estado ENCENDIDO para facilitar el cambio de operación de conmutación del convertidor de potencia CC/CC 300 de conversión de onda completa a conversión de onda media y de vuelta a conversión de onda completa para regular al menos parcialmente la tensión de salida del convertidor de potencia CC/CC 300. En la operación de puente completo, los MOSFET 302, 304, 306 y 308 están en operación de conmutación. En la operación de medio puente, el MOSFET 304 está en estado ENCENDIDO, El MOSFET 306 está en estado APAGADO y los MOSFET 302 y 308 están en operación de conmutación. Como alternativa, en la operación de medio puente, el MOSFET 308 está en estado ENCENDIDO, El MOSFET 302 está en estado APAGADO y los MOSFET 306 y 304 están en operación de conmutación.
Además, en la realización a modo de ejemplo, el circuito convertidor resonante de puente completo 301 incluye una sección resonante 316 que incluye un dispositivo capacitivo resonante 318 y un transformador 320 de alta frecuencia (HF) que incluye una pluralidad de dispositivos inductivos 322 y 324 en serie con un dispositivo capacitivo resonante 318 de tal forma que el circuito convertidor resonante de puente completo 301 es un circuito convertidor LLC resonante. La sección resonante 316 con transformador de HF 320 proporciona capacidades de aislamiento para el convertidor de potencia CC/CC 300 con pérdidas eléctricas relativamente bajas. El núcleo del transformador de HF 320 está fabricado de ferrita de bajo coste. Como alternativa, cualquier material de núcleo que permita la operación del transformador de HF 320, circuito convertidor resonante de puente completo 301 y convertidor de potencia CC/CC 300 se usa como se describe en la presente memoria. El circuito convertidor resonante de puente completo 301 incluye también una pluralidad de diodos rectificadores 326 y dispositivos capacitivos 328 para facilitar la generación de tensión CC.
Así mismo, en la realización a modo de ejemplo, el circuito convertidor resonante de puente completo 301 recibe y convierte 1,5 kV de CC en 10 kV de CC (polaridad positiva o negativa) con una frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 100 kHz y una potencia nominal de aproximadamente 150 kW. Puesto que, el convertidor de potencia CC/CC 300 tiene una capacidad nominal de aproximadamente 3 MW, el convertidor 300 incluye al menos 20 circuitos convertidores resonantes de puente completo 301. Como alternativa, el circuito convertidor resonante de puente completo 301 y el convertidor de potencia CC/CC 300 están configurados para cualquier tensión de entrada, tensión de salida, transmisión de energía eléctrica y potencias nominales de frecuencia de conmutación que permiten la operación del circuito convertidor resonante de puente completo 301, del convertidor de potencia CC/CC 300 y de la instalación de generación de energía renovable 200 como se describe en la presente memoria.
Como se ha descrito anteriormente, cada cadena PV 204 incluye una pila de diodos 210 respectiva (ambas mostradas en la Figura 2) entre el respectivo convertidor de potencia CC/CC 300 y el bus de MVDC 209 (mostrado en la Figura 2) configurado para facilitar la transmisión unidireccional de energía eléctrica del convertidor de potencia CC/CC 300 respectivo al bus de MVDC 209 y para facilitar el bloqueo del flujo de energía eléctrica desde el bus de MVDC 209 al convertidor de potencia CC/CC 300. En realizaciones alternativas del convertidor de potencia CC/CC 300, donde se necesita el flujo de potencia bidireccional a través del sistema colector de MVDC 202, se añade una pila de conmutadores de alta tensión (no mostrados) a la etapa de salida del convertidor de potencia CC/CC resonante 300 en lugar de los diodos rectificadores 326 para permitir la potencia bidireccional.
Además, como se describe a continuación, la regulación de tensión del convertidor de potencia CC/CC 300 se facilita mediante la regulación de la frecuencia de conmutación de los MOSFET 302, 304, 306 y 308, reconfiguración entre la operación de puente completo y de medio puente, y características de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).
La Figura 4 es una vista gráfica, es decir, del gráfico 400 de características operativas del convertidor de potencia CC/CC mostrado en la Figura 3. Específicamente, el gráfico 400 ilustra una ganancia de tensión normalizada de los convertidores de potencia CC/CC 208 y 300 (mostrados en las Figuras 2 y 3, respectivamente) en función de la transmisión de potencia a través de los convertidores 208/300 y una frecuencia de conmutación nominal normalizada. Como se describe con más detalle a continuación, el controlador 252 (mostrado en la Figura 2) está configurado para regular una ganancia de tensión de los convertidores de potencia CC/CC 208/300 mediante la regulación de una frecuencia de conmutación de los dispositivos de conmutación 302, 304, 306 y 308 (mostrados en la Figura 3). El gráfico 400 incluye un eje y 402 representativo de la ganancia de tensión normalizada de los convertidores de potencia CC/CC 208/300 por unidad (pu) en una escala lineal que se extiende de un valor de 0 a un valor de 3 en incrementos de 0,5 pu. El gráfico 400 incluye también un eje x 404 representativo de la frecuencia de conmutación nominal normalizada de los convertidores de potencia CC/CC 208/300 por unidad (pu) en una escala logarítmica que se extiende de un valor de 0,1 pu a un valor de 10 pu. El valor de 1 en el eje x 404 es equivalente a la frecuencia de conmutación nominal, es decir, para los MOSFET 302, 304, 306 y 308, es aproximadamente 100 kHz.
El gráfico 400 incluye también una primera, es decir, curva sin carga 406 que representa la ganancia de tensión normalizada del convertidor de potencia CC/CC 208/300 en función de la frecuencia de conmutación normalizada del convertidor de potencia CC/CC 208/300. Específicamente, la curva sin carga 406 representa la ganancia de tensión predeterminada para el convertidor de potencia CC/CC 208/300 cuando se energiza sin ninguna carga sobre el mismo, es decir, la transmisión de energía eléctrica a través del convertidor 208/300 es aproximadamente cero. La curva 406 incluye un bache de "baja frecuencia" 408 por debajo de aproximadamente 0,4 pu, que es convencional de un circuito LLC. El bache de "baja frecuencia" 408 representa una segunda frecuencia resonante, por debajo de la que el circuito de depósito resonante se comporta como una carga capacitiva, y por encima del que el circuito de depósito resonante se comporta como una carga inductiva.
El gráfico 400 incluye además una segunda, es decir, curva de carga nominal 410 que representa la ganancia de tensión normalizada del convertidor de potencia CC/CC 208/300 en función de la frecuencia de conmutación normalizada del convertidor de potencia CC/CC 208/300. Específicamente, la curva de carga nominal 410 representa la ganancia de tensión predeterminada para el convertidor de potencia CC/CC 208/300 cuando se energiza y transporta carga nominal sobre el mismo, es decir, la transmisión de energía eléctrica a través del convertidor 208/300 es de aproximadamente 3 MW. La flecha 414 indica la tendencia de aumento de potencia para las curvas 406, 410 y más allá. La curva 410 incluye un bache de "baja frecuencia" 412 por debajo de aproximadamente 0,4 pu similar al bache de "baja frecuencia" 408.
Las curvas 406 y 410 incluyen una sección superpuesta, es decir, un intervalo de operación 416 para el convertidor de potencia CC/CC 208/300 entre aproximadamente 0,4 pu y 1 pu en el eje x 404. Para aquellas frecuencias normalizadas por encima de 1 pu, las curvas 406 y 410 divergen y el convertidor de potencia CC/CC 208/300 normalmente no funciona en ese intervalo por encima de 1 pu. En general, el convertidor de potencia CC/CC 208/300 está regulado dentro del intervalo de operación 416 definido por aproximadamente 0,4 pu a aproximadamente 1 pu en el eje x 404 y una ganancia de tensión en el extremo bajo de aproximadamente 1 pu y una ganancia de tensión en el extremo alto de aproximadamente 1,2 pu en el eje y 402. Por ejemplo, si se desea una ganancia de tensión normalizada de 1 pu para aumentar la tensión de 1,5 kV de CC a 10 kV de CC, la frecuencia de conmutación de los MOSFET operativos 302, 304, 306 y 308 se mantiene en 1 pu, es decir, la frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 100 kHz. También, por ejemplo, si hay una disminución de tensión en el lado de entrada del convertidor de potencia CC/CC 208/300 de 1,5 kV de CC a aproximadamente 1,25 kV de CC medida en tiempo real, el controlador 252 recibe valores en tiempo real para, sin limitación, tensión de entrada, tensión de salida y transmisión de corriente/energía eléctrica del convertidor 208/300 y utiliza los algoritmos e instrucciones programados en el mismo para ordenar un aumento en la ganancia de tensión a 1,2 pu mediante la disminución de la frecuencia de conmutación a 0,4 pu, es decir, aproximadamente 40 kHz, manteniendo así la tensión de salida del convertidor de potencia CC/CC 208/300 a aproximadamente 10 kV de CC.
Como alternativa, para la conversión de onda media, puesto que solo la mitad del circuito convertidor resonante de puente completo 301 está en la operación de conmutación en cualquier momento, la tensión de entrada equivalente es la mitad de la tensión de entrada de CC. Por lo tanto, la ganancia de tensión equivalente está dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,5 pu y 0,75 pu para la curva 410 y entre 0,5 pu y 1,2 pu para la curva 406. Combinando la conversión de onda media y onda completa, se puede lograr un intervalo de ganancia de tensión mucho más amplio, p. ej., de 0,5 pu a 1,2pu.
El gráfico 400 incluye además una tercera, es decir, curva de carga nominal multiplicada por diez (10X) 418 que representa la ganancia de tensión normalizada del convertidor de potencia CC/CC 208/300 en función de la frecuencia de conmutación normalizada del convertidor de potencia CC/CC 208/300. Específicamente, la curva de carga nominal 10X 418 representa la ganancia de tensión predeterminada para el convertidor de potencia CC/CC 208/300 cuando se energiza con diez veces la carga nominal en el mismo, es decir, la transmisión de energía eléctrica a través del convertidor 208/300 es de aproximadamente 30 MW. La curva 406 incluye un pico 420 a aproximadamente 1,0 pu en el eje x 404 y disminuye hacia una ganancia de tensión de aproximadamente cero simétricamente en cada dirección a lo largo del eje x 404. Por ejemplo, en el caso de que el convertidor de potencia CC/CC 208/300 experimente un rápido aumento en la transmisión de potencia medida en tiempo real, el controlador 252 recibe valores en tiempo real para, sin limitación, tensión de entrada, tensión de salida y transmisión de corriente/energía eléctrica del convertidor 208/300 y utiliza los algoritmos e instrucciones programados en el mismo para ordenar una disminución rápida y significativa en la ganancia de tensión a aproximadamente 0 pu mediante la disminución de la frecuencia de conmutación a aproximadamente 0 pu (no mostrado en la Figura 4), apagando y aislando así sustancialmente el convertidor 208/300.
En la realización a modo de ejemplo, el controlador 252 utiliza el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para regular la conversión de potencia a través del convertidor de potencia CC/CC 208/300. La regulación de la frecuencia de conmutación y el cambio del convertidor de operación de conmutación entre la conversión de onda completa y la conversión de onda media, ambos como se ha descrito anteriormente, mejoran la operación de MPPT en el convertidor de potencia CC/CC 208/300. Las características de MPPT, integradas en el controlador 252 y en los convertidores de potencia CC/CC 208/300, mejoran la eficacia de la conversión de potencia a partir de fuentes renovables, p. ej., matrices PV 206, en energía eléctrica utilizable mediante la regulación de la resistencia, es decir, carga en función de las condiciones ambientales y de otro tipo para generar una potencia sustancialmente máxima para las condiciones. Tales condiciones incluyen, sin limitación, temperaturas de las matrices PV 206. Por lo tanto, las temperaturas de las matrices PV 206, la potencia de salida de las mismas y la potencia de salida de los convertidores de potencia CC/CC 208/300 se muestrean en tiempo real y las mediciones se utilizan para calcular el punto de operación de potencia deseado de los convertidores de potencia CC/CC 208/300 utiliza los algoritmos y las instrucciones programadas dentro del controlador 252 y Ios convertidores de potencia CC/CC 208/300. Como tal, la regulación de la frecuencia de conmutación de los dispositivos de conmutación 302, 304, 306 y 308 mejora el MPPT dentro de la instalación de generación de energía renovable 200 a través de una mejor regulación de tensión y regulación de potencia a través de un intervalo de operación más amplio para la entrada de tensión en los convertidores de potencia CC/CC 208/300 desde las matrices PV 206. También, cambiar el convertidor de operación de conmutación entre la conversión de onda completa y la conversión de onda media, es decir, efectivamente, ya sea reduciendo a la mitad o duplicando la salida de tensión de los convertidores de potencia CC/CC 208/300 mejora el MPPT dentro de la instalación de generación de energía renovable 200 a través de un intervalo de operación más amplio para la salida de energía de los convertidores de potencia CC/CC 208/300. De forma adicional, cambiar la operación de conmutación a la conversión de onda media desde la conversión de onda completa facilita la mejora de la regulación granular de tensión y potencia.
La Figura 5 es una vista esquemática de una porción de un convertidor de potencia CC/CC 500 alternativo que puede usarse como convertidor de potencia CC/CC 208 con la instalación de generación de energía renovable 200 (mostrada en la Figura 2). Más específicamente, la Figura 5 muestra un circuito convertidor resonante de doble puente 502 con capacidad nominal de aproximadamente 150 kW. Puesto que el convertidor de potencia CC/CC 500 tiene una capacidad nominal de aproximadamente 3 MW, el convertidor 500 incluye al menos 20 circuitos convertidores resonantes de doble puente 502.
En esta realización alternativa, el circuito convertidor resonante de doble puente 502 incluye dos circuitos convertidores resonantes de medio puente 504 y 506, donde los circuitos 504 y 506 incluyen cada uno una sección de entrada 508 y 510, respectivamente, y donde las secciones de entrada 508 y 510 están acopladas en paralelo. Cada una de las secciones de entrada 508 y 510 incluye una pluralidad de dispositivos de conmutación sustancialmente idénticos, es decir, transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) basados en silicio 512, 514, 516 y 518. En paralelo con cada uno de los IGBT 512, 514, 516 y 518 hay un diodo antiparalelo 520. Cada una de las secciones de entrada 508 y 510 incluye también una porción de un enlace CC 522 y 524 que incluye al menos un dispositivo capacitivo 526 y 528, respectivamente, se acopla a las entradas de los IGBT 512 y 514 en el circuito 504 y de los IGBT 516 y 518 en el circuito 506, respectivamente. Los enlaces de CC 522 y 524 facilitan el mantenimiento de un potencial de tensión de CC de 750 V, de cualquiera de polaridad positiva o negativa, en la entrada de los IGBT 512 y 514 en el circuito 504 y los IGBT 516 y 518 en el circuito 506, respectivamente, para mantener un potencial de tensión total de 1,5 kV de CC, de cualquiera de polaridad positiva o negativa, en la entrada del circuito convertidor resonante de doble puente 502.
También, en esta realización alternativa, los IGBT 512 y 514 del circuito 504 definen una primera configuración de medio puente y los IGBT 516 y 518 del circuito 508 definen una segunda configuración de medio puente. Como se describe más adelante, cada IGBT 512, 514, 516 y 518 está acoplado al controlador 252 (mostrado en la Figura 2) que regula el estado de los IGBT 512, 514, 516 y 518. Específicamente, el controlador 252 y los IGBT 512, 514, 516 y 518 están configurados para mantener al menos una primera porción de los IGBT 512, 514, 516 y 518 en un estado APAGADO y una segunda porción de los IGBT 512, 514, 516 y 518 en un estado ENCENDIDO para facilitar el cambio de operación de conmutación del convertidor de potencia CC/CC 500 de conversión de onda completa a conversión de onda media y de vuelta a conversión de onda completa para regular al menos parcialmente la tensión de salida del convertidor de potencia CC/CC 500. En conversión de onda completa, los IGBT 512, 514, 516 y 518 están en operación de conmutación. En conversión de onda media, solo los IGBT 512 y 514 o los IGBT 516 y 518 están en la operación de conmutación. Cuando los IGBT 512 y 514 están en la operación de conmutación, los IGBT 516 y 518 están en estado APAGADO. Cuando los IGBT 516 y 518 están en la operación de conmutación, los IGBT 512 y 514 están en estado APAGADO. Las operaciones alternativas de los IGBT 512 y 514 en estado ENCENDIDO y 516 y 518 en estado ENCENDIDO se controlan para equilibrar la tensión de la tapa 526 y 528 del enlace de CC para que sea aproximadamente la mitad de la tensión de entrada PV. El convertidor de potencia CC/CC 500 se conmuta entre estos dos modos de conversión de onda media para mantener el enlace de CC 522 y 524 dentro de los límites de tensión.
Además, en esta realización alternativa, el primer circuito convertidor resonante de medio puente 504 y el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 incluyen cada uno una sección resonante 530 y 532, respectivamente. Cada sección resonante 530 y 532 incluye un dispositivo capacitivo resonante 534 y 536, respectivamente, y un transformador de HF 538 y 540, respectivamente. El transformador de HF 538 incluye una pluralidad de dispositivos inductivos 542 y 544 en serie con el dispositivo capacitivo resonante 534 de forma que el primer circuito convertidor resonante de medio puente 504 es un circuito convertidor LLC resonante. De forma similar, el transformador de HL 540 incluye una pluralidad de dispositivos inductivos 546 y 548 en serie con el dispositivo capacitivo resonante 536 de forma que el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 es también un circuito convertidor LLC resonante. La sección resonante 530 y 532 con transformador HL 538 y 540, respectivamente, proporciona capacidades de aislamiento para el convertidor de potencia CC/CC 500 con pérdidas eléctricas relativamente bajas. El núcleo de los transformadores HL 538 y 540 está fabricado con ferrita de bajo coste. Como alternativa, cualquier material de núcleo que permita la operación de los transformadores HL 538 y 540, el primer circuito convertidor resonante de medio puente 504, el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 y el convertidor de potencia CC/CC 500 como se describe en la presente memoria se utiliza.
Así mismo, en esta realización alternativa, cada uno del primer circuito convertidor resonante de medio puente 504 y del segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 incluyen una sección de salida 550 y 552, respectivamente, donde las secciones de salida 550 y 552 están acopladas en paralelo e incluyen una pluralidad de diodos rectificadores 554 y 556, respectivamente, y una pluralidad de dispositivos capacitivos 558 y 560, respectivamente, para facilitar la generación de tensión CC.
El circuito convertidor resonante de doble puente 502 recibe y convierte 1,5 kV de CC en 10 kV de CC (polaridad positiva o negativa) con una frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 20 kHz y una potencia nominal de aproximadamente 150 kW. Puesto que, el convertidor de potencia CC/CC 500 tiene una capacidad nominal de aproximadamente 3 MW, el convertidor 500 incluye al menos 20 circuitos convertidores resonantes de doble puente 502. El primer circuito convertidor resonante de medio puente 504 o el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 recibe y convierte 750 V CC en 10 kV de CC (polaridad positiva o negativa) con una frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 20 kHz y una potencia nominal de aproximadamente 75 kW. Como alternativa, el circuito convertidor resonante de doble puente 502, el primer circuito convertidor resonante de medio puente 504, el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 y el convertidor de potencia CC/CC 500 están configurados para cualquier tensión de entrada, tensión de salida, transmisión de energía eléctrica y potencias nominales de frecuencia de conmutación que permiten la operación del circuito convertidor resonante de doble puente 502, del convertidor de potencia CC/CC 500 y de la instalación de generación de energía renovable 200 como se describe en la presente memoria.
Como se ha descrito anteriormente para el convertidor de potencia CC/CC 300 (mostrado en la Figura 3), cada cadena PV 204 incluye una pila de diodos 210 respectiva (ambas mostradas en la Figura 2) entre el convertidor de potencia CC/CC 208/500 respectivo y el bus de MVDC 209 (mostrado en la Figura 2) configurado para facilitar la transmisión unidireccional de energía eléctrica del convertidor de potencia CC/CC 208/500 respectivo al bus de MVDC 209 y para facilitar el bloqueo del flujo de energía eléctrica desde el bus de MVDC 209 al convertidor de potencia CC/CC 500. En realizaciones alternativas del convertidor de potencia CC/CC 500, donde se necesita el flujo de potencia bidireccional a través del sistema colector de MVDC 202 (mostrado en la Figura 2), se añade una pila de conmutadores de alta tensión (no mostrados) a las secciones de salida 550 y 552 del convertidor de potencia CC/CC de doble resonancia 500 en lugar de los diodos rectificadores 554 y 556 para habilitar la potencia bidireccional.
Además, como se ha descrito anteriormente, y de forma similar al convertidor de potencia CC/CC 300 como se ha descrito adicionalmente anteriormente con respecto a la Figura 4, la regulación de tensión del convertidor de potencia CC/CC 500 se facilita mediante la regulación de la frecuencia de conmutación de los IGBT 512, 514, 516 y 518, reconfiguración entre conversión de onda completa y onda media, y funciones de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).
La Figura 6 es una vista esquemática de una porción de otro convertidor de potencia CC/CC 600 alternativo que puede usarse como convertidor de potencia CC/CC 208 con la instalación de generación de energía renovable 200 (mostrada en la Figura 2). Más específicamente, la Figura 6 muestra un convertidor de potencia resonante modular multinivel 208/600 que incluye una sección de conversión de potencia 601 que incluye una pluralidad de módulos convertidores de potencia 602.
En esta realización alternativa, cada módulo convertidor de potencia 602 incluye dos circuitos convertidores resonantes de medio puente, es decir, primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 y segundo circuito convertidor resonante de medio puente 606. Cada uno de los circuitos convertidores 604 y 606 es sustancialmente similar al primer circuito convertidor resonante de medio puente 504 y al segundo circuito convertidor resonante de medio puente 506 (ambos mostrados en la Figura 5). Como alternativa, en algunas realizaciones, los circuitos convertidores 604 y 606 incluyen MOSFET en lugar de IGBT.
El convertidor de potencia CC/CC 600 incluye una sección de entrada 608 acoplada a la sección de conversión de potencia 601 y cada uno de los módulos convertidores de potencia 602. La sección de entrada 608 incluye un bus de polaridad positiva 610 y un bus de polaridad negativa 612, donde los buses 610 y 612 están acoplados a un enlace de CC (no mostrado). Cada uno de los módulos convertidores de potencia 602 está acoplado en paralelo al bus de polaridad positiva 610 y cada uno de los módulos convertidores de potencia 604 está acoplado en paralelo al bus de polaridad negativa 612. También, cada primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 está acoplado en serie con el segundo circuito convertidor resonante de medio puente asociado 606 a través de un conductor eléctrico 614 dentro de los módulos convertidores de potencia 602. La sección de entrada 608 está configurada para proporcionar una entrada de tensión de aproximadamente 1,5 kV de CC.
El convertidor de potencia CC/CC 600 incluye también una sección de salida 616 acoplada a la sección de conversión de potencia 601 y cada uno de los módulos convertidores de potencia 602. La sección de salida 616 incluye un bus de polaridad positiva 618 y un bus de polaridad negativa 620. Como alternativa, la polaridad de los buses 618 y 620 se invierte. El primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 y el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 606 están acoplados en una configuración en paralelo en el lado de salida. También, cada segundo circuito convertidor resonante de medio puente 606 está acoplado en serie con un primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 en un módulo convertidor de potencia adyacente 602 a través de un conductor eléctrico 622 entre medio. La sección de salida 616 está configurada para proporcionar una salida de tensión de aproximadamente 10 kV de CC con cualquiera de las dos posibles polaridades.
También, en esta realización alternativa, el primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 y el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 606 definen cada uno una configuración de medio puente y están acoplados al controlador 252 (mostrado en la Figura 2) que regula el estado de los circuitos convertidores 604 y 606. Específicamente, El controlador 252 y los circuitos convertidores 604 y 606 están configurados para cambiar entre un estado APAGADO y un estado ENCENDIDO para facilitar el cambio de operación de conmutación del convertidor de potencia CC/CC 500 de conversión de onda completa a conversión de onda media y de vuelta a conversión de onda completa para regular al menos parcialmente la tensión de salida del convertidor de potencia CC/CC 600. En conversión de onda completa, ambos circuitos convertidores 604 y 606 están en estado ENCENDIDO. En la operación de medio puente, uno de los circuitos convertidores 604 y 606 está en un estado ENCENDIDO, el otro circuito convertidor 606 y 604 está en un estado APAGADO. Además, como se ha descrito anteriormente, y de forma similar al convertidor de potencia CC/CC 300 como se ha descrito adicionalmente anteriormente con respecto a la Figura 4, la regulación de tensión del convertidor de potencia CC/CC 600 se facilita mediante la regulación de la frecuencia de conmutación de los IGBT o los MOSFET en la sección de conversión de potencia 601, reconfiguración entre conversión de onda completa y onda media, y funciones de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).
Cuando está en conversión de onda completa, cada uno del primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 y el segundo circuito convertidor resonante de medio puente 606 recibe y convierte 1,5 kV de CC en 10 kV de CC (polaridad positiva o negativa) con una frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 5 kHz y una potencia de salida de aproximadamente 750 kW. Como tal, cuando está en conversión de onda completa, cada módulo convertidor de potencia 602 recibe y convierte 1,5 kV de CC en 10 kV de CC (polaridad positiva o negativa) con una frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 5 kHz y una potencia de salida de aproximadamente 1,5 MW. Puesto que, el convertidor de potencia CC/CC 600 tiene una capacidad nominal de aproximadamente 6 MW, el convertidor 600 incluye al menos 4 módulos convertidores de potencia 602. Cuando está en conversión de onda media, cualquiera del primer circuito convertidor resonante de medio puente 604 o del segundo circuito convertidor resonante de medio puente 606 recibe y convierte 750 V CC en 5 kV de CC (polaridad positiva o negativa) con una frecuencia de conmutación nominal de aproximadamente 5 kHz y una potencia nominal de aproximadamente 750 kW. Como alternativa, el convertidor de potencia resonante modular multinivel 208/600, los módulos convertidores de potencia 602 y los circuitos convertidores 604 y 606 están configurados para cualquier tensión de entrada, tensión de salida, transmisión de energía eléctrica y potencias nominales de frecuencia de conmutación que permiten la operación de la instalación de generación de energía renovable 200 como se describe en la presente memoria.
Las realizaciones alternativas de la instalación de generación de energía renovable 200 (mostrada en la Figura 2) incluyen otros dispositivos de generación de energía que generan potencia CA, p. ej., turbinas eólicas, en contraste con la potencia CC generada por las matrices solares 206 (mostradas en la Figura 2). Generalmente, una turbina eólica incluye un rotor que incluye un conjunto de cubo giratorio que tiene múltiples palas. Las palas transforman la energía eólica en un par de giro mecánico que impulsa uno o más generadores a través del rotor. La operación a velocidad variable de la turbina eólica facilita una mejor captura de energía en comparación con un funcionamiento a velocidad constante de la turbina eólica. Sin embargo, la operación a velocidad variable de la turbina eólica produce energía eléctrica que tiene tensión y/o frecuencia variables. Más específicamente, la frecuencia de la energía eléctrica generada por la turbina eólica de velocidad variable es proporcional a la velocidad de giro del rotor. Normalmente, conjuntos de conversión de plena potencia, es decir, realizaciones alternativas de los convertidores de potencia descritos en la presente memoria que incluyen un dispositivo rectificador eléctrico y un dispositivo inversor, pueden acoplarse entre el generador eléctrico de la turbina eólica y la red eléctrica 242 (mostrada en la Figura 2). El conjunto de conversión de plena potencia recibe la energía eléctrica del generador de turbina eólica y transmite electricidad teniendo una tensión y una frecuencia fijas para su posterior transmisión a la red eléctrica 242.
En estas realizaciones alternativas, los conjuntos de conversión de plena potencia incluyen rectificadores para convertir la CA generada por el generador de turbina eólica en potencia CC. También, dichos conjuntos de conversión de plena potencia incluyen un inversor acoplado al rectificador mediante un enlace de CC para convertir la potencia CC en potencia CA. Además, los rectificadores e inversores en tales conjuntos de conversión de plena potencia incluyen una pluralidad de dispositivos semiconductores similares a los MOSFET 302 a 308 (mostrados en la Figura 3) y a los IGBT 512 a 518 (mostrados en la Figura 5). Así mismo, dichos rectificadores e inversores son totalmente escalables para aplicaciones de conversión de energía eléctrica de cualquier tamaño, cualquier tensión, cualquier número de fases y cualquier frecuencia. Como tal, los convertidores de potencia CC/CC 208/300/500/600 como se describen en la presente memoria pueden usarse antes que los inversores CC/CA para obtener beneficios similares para los sistemas basados en energía solar.
Los sistemas colectores solares de corriente continua de tensión media (MVDC) descritos anteriormente y la generación de energía solar facilitan capacidades operativas mejoradas en comparación con los sistemas colectores solares de corriente continua de tensión baja (LVDC) conocidos. Los sistemas colectores solares MVDC descritos en la presente memoria facilitan la eliminación de muchos convertidores de potencia CC a corriente alterna (CA) (CC/CA) individuales y transformadores elevadores de cada cadena de matrices fotovoltaicas (PV), disminuyendo por tanto significativamente el equilibrio de los costes de la planta asociados con las instalaciones de generación de energía solar. Los sistemas e instalaciones descritos en la presente memoria incluyen convertidores de potencia CC/CC aislables que son convertidores de potencia resonantes, incluidos transformadores de alta frecuencia (HF) (dentro de un intervalo de aproximadamente 5 kilohercios (kHz) y aproximadamente 100 kHz). Dichos convertidores de potencia CC/CC están configurados para aumentar las tensiones LVDC dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,6 kilovoltios (kV) y aproximadamente 1,5 kV a MVDC con un intervalo entre aproximadamente 2 kV y aproximadamente 40 kV. El intervalo de frecuencia aumentado facilita el aumento de la eficiencia energética de los convertidores de potencia y facilita las funciones de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) en la estrategia de control de cadenas individuales. Una realización de los convertidores de potencia CC/CC aislables incluye circuitos que tienen una potencia nominal de aproximadamente 150 kilovatios (kW) con una frecuencia de conmutación de hasta aproximadamente 100 kHz a través de conmutadores tales como transistores de efecto de campo semiconductores de óxido de metal de carburo de silicio (SiC) (MOSFET) y material de núcleo de ferrita de bajo coste en el transformador de HF. Otra realización de los convertidores de potencia CC/CC aislables tiene un circuito que tiene una potencia nominal de aproximadamente 1,5 megavatios (MW) con una frecuencia de conmutación de aproximadamente 5 kHz de potencia a través de conmutadores de cualquiera de transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) basados en silicio o MOSFET de SiC.
Los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilitan la ampliación de los intervalos de operación de tensión y potencia mediante una operación de puente completo/medio puente adaptativa y configurable. También, las realizaciones para los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilitan la extensión de los intervalos de operación de tensión y potencia mediante el uso de la operación de conmutación de HF de los conmutadores, donde las características de control de tensión y potencia de MPPT dentro de la estrategia de control de los convertidores de potencia CC/CC aislables son una función de la frecuencia HF empleada. Así mismo, las realizaciones para los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilitan la extensión de los intervalos de operación de tensión y potencia mediante el uso de configuraciones en serie/paralelo. Más aún, el control de tensión en las realizaciones de los convertidores de potencia CC/CC aislables descritos en la presente memoria facilita disminuciones rápidas y significativas de la ganancia de tensión de los convertidores de potencia cuando se detecta una condición de sobrecarga o una condición de cortocircuito, aislando así sustancialmente el convertidor de potencia CC/CC afectado desde un bus de MVDC de interconexión y los otros convertidores, al menos uno de los que presenta fallas. Adicionalmente, se coloca un diodo entre el bus de MVDC y cada convertidor de potencia CC/CC para facilitar aún más el aislamiento de los convertidores y permitir solo el flujo de potencia unidireccional de los convertidores de potencia CC/CC al bus de MVDC.
Un efecto técnico a modo de ejemplo de los métodos, sistemas y aparatos descritos en la presente memoria incluyen al menos uno de: (a) aumentar la eficiencia energética de los sistemas de conversión de potencia, especialmente de las instalaciones de generación de energía renovable, mediante la integración de sistemas colectores de MVDC; (b) disminuir el equilibrio de los costes de la planta para las instalaciones con sistemas de conversión de potencia mediante la eliminación de varios convertidores CC/CA, disyuntores y equipos de filtrado de ruido; (c) implementar características MPPT en cadenas PV individuales, aumentando así el control de potencia y tensión y la flexibilidad de los sistemas e instalaciones de conversión de potencia; (d) extender el control de tensión y potencia y la flexibilidad de las cadenas PV individuales a través de una operación de puente completo y de medio puente adaptativa y configurable; (e) extender el control de tensión y potencia y la flexibilidad de cadenas PV individuales a través de operaciones de conmutación de HF de los dispositivos de conmutación en los convertidores de potencia CC/CC respectivos; (f) facilitar el rápido aislamiento de fallas mediante reducciones significativas y rápidas en la ganancia de tensión; (g) facilitar el rápido aislamiento de fallas en cadenas individuales a través de un diodo colocado en cada cadena; (h) mejorar la tolerancia a fallas de los sistemas e instalaciones de conversión y generación de potencia aislando rápidamente las porciones con fallas de los sistemas e instalaciones; y (i) mejorar el control granular en la operación de conmutación de medio puente en comparación con la operación de conmutación de puente completo.
Las realizaciones a modo de ejemplo de los sistemas de conversión de potencia MVDC y los convertidores de potencia CC/CC se describen anteriormente en detalle. Los sistemas de conversión de potencia MVDC y los convertidores de potencia CC/CC, y los métodos de operación de tales sistemas y dispositivos no se limitan a las realizaciones específicas descritas en la presente memoria, sino más bien, los componentes de los sistemas y/o las etapas de los métodos se pueden utilizar de forma independiente y separada de otros componentes y/o etapas descritos en la presente memoria. Por ejemplo, los sistemas, aparato y métodos se pueden usar también en combinación con otros sistemas que requieren una conversión de potencia eficiente y capacidades rápidas de aislamiento de fallas, y no se limitan a la práctica solo con las instalaciones, sistemas y métodos como se describe en la presente memoria. Más bien, la realización a modo de ejemplo se puede implementar y utilizar en conexión con muchas otras aplicaciones de conversión de potencia que están configuradas para convertir energía eléctrica, p. ej., y sin limitación, en instalaciones de generación de energía geotérmica e instalaciones de generación de energía de turbinas eólicas.
Aunque pueden mostrarse características específicas de varias realizaciones de la descripción en algunos dibujos y no en otros, esto es solo por conveniencia. De acuerdo con los principios de la descripción, cualquier característica de un dibujo puede ser referenciada y/o reivindicada en combinación con cualquier característica de cualquier otro dibujo.
Algunas realizaciones implican el uso de uno o más dispositivos electrónicos o informáticos. Estos dispositivos suelen incluir un procesador, dispositivo de procesamiento, o controlador, tal como una unidad central de procesamiento (CPU) de propósito general, una unidad de procesamiento de gráficos (GPU), un microcontrolador, un procesador de ordenador con conjunto de instrucciones reducido (RISC), un circuito integrado específico de aplicación (ASIC), un circuito lógico programable (PLC), una matriz de puertas programables en campo (FPGA), un dispositivo de procesamiento de señales digitales (DSP) y/o cualquier otro circuito o dispositivo de procesamiento capaz de ejecutar las funciones descritas en la presente memoria. Los métodos descritos en la presente memoria pueden codificarse como instrucciones ejecutables incorporadas en un medio legible por ordenador, incluyendo, sin limitación, un dispositivo de almacenamiento y/o un dispositivo de memoria. Tales instrucciones, cuando son ejecutadas por un dispositivo de procesamiento, hacen que el dispositivo de procesamiento realice al menos una porción de los métodos descritos en la presente memoria. Los ejemplos anteriores son solo a modo de ejemplo y, por lo tanto, no pretenden limitar de ningún modo la definición ni/o el significado del término procesador y dispositivo de procesamiento.
Esta descripción escrita utiliza ejemplos para desvelar las realizaciones, incluyendo el mejor modo, y también para permitir que cualquier persona experta en la técnica ponga en práctica las realizaciones, incluida la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de los métodos incorporados. El alcance patentable de la descripción está definido por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos que se les ocurran a los expertos en la técnica.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema colector de corriente continua de tensión media, MVDC, (202) para instalaciones de generación de energía renovable, comprendiendo dicho sistema colector de MVDC (202): un bus de MVDC (209);
al menos un dispositivo de generación de energía renovable (200);
al menos un convertidor de potencia de corriente continua, CC a CC, CC/CC, (208; 300; 500; 600) acoplado a dicho al menos un dispositivo de generación de energía renovable (200) y a dicho bus de MVDC (209), estando dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) configurado para cambiar una operación de conmutación de dicho convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) entre una conversión de onda completa y conversión de onda media; y
al menos un controlador (252) acoplado a dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600), estando dicho al menos un controlador configurado para regular el cambio de la operación de conmutación de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) entre una conversión de onda completa y conversión de onda media; en donde dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) comprende una pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518), estando cada dispositivo de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación acoplado a dicho al menos un controlador (252), estando dicho al menos un controlador (252) configurado, además, para mantener al menos una primera porción de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) en un estado APAGADO y una segunda porción de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) en un estado ENCENDIDO para facilitar el cambio de la operación de conmutación de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) de una conversión de onda completa a conversión de onda media, estando dicho al menos un controlador (252) configurado, además, para:
regular la frecuencia de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518);
recibir valores en tiempo real de la energía eléctrica transmitida a través de dicho al menos un convertidor de energía CC/CC (208; 300; 500; 600);
regular la frecuencia de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) para regular la ganancia de tensión de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) en función de los valores en tiempo real de la energía eléctrica transmitida a través de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600);
cambiar la operación de conmutación de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) entre una conversión de onda completa y conversión de onda media en función de los valores en tiempo real de la energía eléctrica transmitida a través de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600); y
caracterizado por que dicho al menos un controlador (252) está configurado, además, para disminuir la frecuencia de conmutación de dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) para disminuir la ganancia de tensión de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) cuando se detecta una condición de falla de sobrecarga o una condición de falla de cortocircuito, facilitando así el aislamiento de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600); y
un diodo (210) se coloca entre el bus de MVDC (209) y dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) para facilitar aún más el aislamiento de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) y para permitir solo un flujo de potencia unidireccional de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600) en el bus de MVDC (209).
2. El sistema colector de MVDC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (300) comprende un convertidor de puente completo.
3. El sistema colector de MVDC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (500) comprende una pluralidad de convertidores de medio puente (504, 506) acoplados en serie a dicho al menos un dispositivo de generación de energía renovable (200), estando cada convertidor de medio puente de dicha pluralidad de convertidores de medio puente acoplado a dicho al menos un controlador (252).
4. El sistema colector de MVDC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (600) comprende una pluralidad de módulos de conversión CC/CC (602), comprendiendo cada módulo de conversión CC/CC de dicha pluralidad de módulos de conversión CC/CC (602) una sección de entrada (608), acoplada a dicho al menos un dispositivo de generación de energía renovable (202), y una sección de salida (616).
5. El sistema colector de MVDC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (300) comprende un único convertidor resonante (301) que comprende, además, un transformador de alta frecuencia, HF, (320) y al menos un condensador resonante (318) acoplado en serie con dicho transformador de HF (320), comprendiendo dicho transformador de HF (320) al menos un dispositivo inductivo (322, 324), definiendo dicho al menos un dispositivo inductivo (322, 324) y dicho al menos un condensador resonante (318) un circuito de tanque resonante (316).
6. El sistema colector de MVDC de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde dicho al menos un controlador (252) está configurado, además, para utilizar el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para regular la conversión de potencia a través de dicho al menos un convertidor de potencia CC/CC (208; 300; 500; 600).
7. El sistema colector de MVDC de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicha pluralidad de dispositivos de conmutación (302, 304, 306, 308; 512, 514, 516, 518) está configurada para cambiar dentro de un intervalo de frecuencias entre aproximadamente 5 kHz y aproximadamente 100 kHz.
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