ES2945329T3

ES2945329T3 - Sistemas y procedimientos de diagnóstico avanzado en convertidores modulares de potencia

Info

Publication number: ES2945329T3
Application number: ES15177664T
Authority: ES
Inventors: Lorenzo Giuntini; Andrea Lauro Delmue; Andrea Mannuccini; Bernardi Luigi De; Giosue Claudio Rebuffoni
Original assignee: ABB Schweiz AG
Current assignee: ABB Schweiz AG
Priority date: 2014-08-01
Filing date: 2015-07-21
Publication date: 2023-06-30
Anticipated expiration: 2035-07-21
Also published as: US9857812B2; CN105305786A; CN105305786B; EP2980975B1; EP2980975A1; US20160033978A1

Abstract

Se proporciona un sistema de conversión de energía (500). El sistema de conversión de energía incluye una pluralidad de módulos de conversión de energía (502) conectados en paralelo, todos los módulos de conversión de energía de la pluralidad de módulos de conversión de energía configurados para recibir una señal de control de modulación de ancho de pulso, cada módulo de conversión de energía de la pluralidad de módulos de conversión de energía módulos que incluyen un circuito de detección de desequilibrio de corriente (504) configurado para calcular una diferencia entre una corriente de referencia y una corriente de salida del módulo de conversión de energía, y un dispositivo de procesamiento (506) acoplado comunicativamente al circuito de detección de desequilibrio de corriente y configurado para realizar el procesamiento usando la diferencia calculada. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y procedimientos de diagnóstico avanzado en convertidores modulares de potencia

Antecedentes

El campo de la invención se refiere en general a diagnósticos avanzados en convertidores de potencia modulares, y más particularmente, a la detección de desequilibrios de corriente en convertidores de potencia modulares.

En al menos algunos sistemas de conversión de potencia conocidos, es relativamente común aumentar la potencia nominal de un convertidor replicando (es decir, poniendo en paralelo) un circuito de conversión. Una aplicación de esta técnica es la conexión en paralelo de semiconductores de potencia, como se muestra en la Fig. 1. En concreto, un sistema de conversión de potencia conocido 10 incluye, para cada una de las tres fases, tres convertidores de potencia de transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) 12 acoplados en paralelo. En dicha configuración, todos los convertidores de potencia 12 en paralelo comparten la misma modulación por ancho de pulsos (PWM) (es decir, reciben las mismas señales de control PWM), y se asume el reparto de carga, dadas las características de los convertidores de potencia 12 y la geometría del sistema de conversión de potencia 10. El documento EP 0813292 A2 describe un inversor de potencia que tiene tres o más unidades inversoras de potencia de tipo PWM que están dispuestas y construidas para poder ser accionadas en paralelo. Comprende una pluralidad de controladores de equilibrio de corriente dispuestos para llevar a cabo una corrección de retardo para una forma de onda PWM. En particular, los correctores retrasan un tiempo de caída del impulso PWM cuando se determina una desviación entre las corrientes de salida de las unidades PWM paralelas. El documento US 2009/009005 A1 describe un procedimiento de control para sistemas de potencia redundantes en paralelo para controlar la potencia activa de salida Algunos otros sistemas de conversión de potencia se desvelan en los documentos US 2003/173937 A, EP 1 850469 A, JP 5112111 B2, US 2003/161167 A o US 2010/033237 A.

Otra opción para poner en paralelo un circuito de conversión es poner en paralelo las patas del convertidor a través de devanados primarios de transformador separados (o a través de inductores separados en una implementación sin transformador), como se muestra en la Fig. 2. Específicamente, un sistema de conversión de potencia 20 conocido incluye, para cada una de las tres fases (es decir, U, V, W), un par de convertidores de potencia 22 acoplados en paralelo. En esta configuración, todos los convertidores de potencia paralelos 22 también comparten la misma modulación PWM. La introducción de una impedancia entre los convertidores de potencia en paralelo 22 facilita la mitigación de posibles desequilibrios debidos a diferencias en las características de los semiconductores y/o en la geometría del sistema 20. Sin embargo, en las implementaciones de los sistemas 10 y 20, el reparto de corriente se asume pero no se controla activamente. En consecuencia, una condición de desequilibrio de carga puede pasar desapercibida, lo que puede provocar un fallo prematuro de los módulos sobrecargados.

Un enfoque alternativo es el control activo del reparto de carga, por medio de la detección de la corriente en cada tramo del convertidor, como se muestra en las Figs. 3 y 4. La Fig. 3 muestra un sistema de conversión de potencia conocido 30 que incluye un controlador centralizado 32 acoplado comunicativamente a una pluralidad de módulos de conversión de potencia 34. El controlador centralizado 32 supervisa una corriente de salida de cada módulo de conversión de potencia 34, así como un voltaje a través de una carga 36, y controla el funcionamiento de los módulos de conversión de potencia 34 en consecuencia. La Fig. 4 muestra un sistema de conversión de potencia 40 conocido que incluye una pluralidad de módulos de conversión de potencia 42, cada uno de los cuales incluye un módulo de control 44 asociado. Cada módulo de control 44 supervisa una corriente de salida de un módulo de conversión de potencia 42 asociado, así como un voltaje a través de una carga 46, y controla el funcionamiento de los módulos de conversión de potencia 42 asociados en consecuencia. Sin embargo, estos sistemas pueden requerir un cableado complejo en el caso de una solución centralizada (es decir, el sistema 30), o inteligencia distribuida en el caso de soluciones descentralizadas (es decir, el sistema 40).

Breve descripción

En un aspecto, se proporciona un sistema de conversión de potencia de acuerdo con la reivindicación 1.

En otro aspecto, se proporciona un procedimiento para operar un sistema de conversión de potencia, de acuerdo con la reivindicación 8.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama de circuito de un sistema de conversión de potencia conocido.

La Fig. 2 es un diagrama de circuito de un sistema de conversión de potencia conocido.

La Fig. 3 es un diagrama de circuito de un sistema de conversión de potencia conocido.

La Fig. 4 es un diagrama de circuito de un sistema de conversión de potencia conocido.

La Fig. 5 es un diagrama de un sistema de conversión de potencia ejemplar.

La Fig. 6 es un diagrama de circuito de un circuito y dispositivo de procesamiento ejemplares para detectar el desequilibrio de corriente en un convertidor de potencia que se puede usar con el sistema mostrado en la Fig. 5. La Fig. 7 es un gráfico que ilustra la detección del desequilibrio de corriente mediante el uso del circuito mostrado en la Fig. 6.

La Fig. 8 es un diagrama esquemático de un sistema de alimentación eléctrica ejemplar que se puede usar con el circuito y el dispositivo de procesamiento mostrados en la Fig. 6.

La Fig. 9 es un diagrama simplificado del sistema mostrado en la Fig. 8.

Descripción detallada

Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria están relacionados con el diagnóstico avanzado en convertidores de potencia modulares. En concreto, las realizaciones descritas en la presente memoria se basan en una implementación modular relativamente sencilla, en la que los módulos convertidores se conectan en paralelo por impedancia en serie mientras comparten la misma modulación PWM (es decir, reciben la misma señal de control PWM). Por medio de la introducción de dispositivos programables locales de coste relativamente bajo a nivel de módulo, los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria introducen la detección del desequilibrio de corriente en una implementación de un solo cable, para de ese modo preservar la simplicidad de la implementación. Cuando se detecta un desequilibrio de corriente, los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria facilitan la alerta a un usuario y permiten la investigación y el mantenimiento para evitar el fallo del módulo.

Las realizaciones descritas en la presente memoria mejoran una implementación modular relativamente sencilla (es decir, convertidor en paralelo por impedancia en serie, todos los módulos comparten la misma modulación PWM) por medio de la introducción de detección de corriente para cada módulo convertidor, con detección distribuida de hardware (HW) de desequilibrio de corriente desplegada en el nivel de la pata del inversor. En la realización ejemplar, los módulos comparten un único cable, lo que reduce la complejidad del cableado en comparación con al menos algunos sistemas de conversión de potencia conocidos.

La Fig. 5 es un diagrama esquemático de un sistema de conversión de potencia 500 ejemplar. El sistema 500 incluye una pluralidad de módulos de conversión de potencia 502 acoplados en paralelo por impedancia en serie. Cada módulo de conversión de potencia 502 incluye un circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 y un controlador de interfaz periférica (PIC) 506 (u otro dispositivo de procesamiento adecuado) que facilitan la detección de un desequilibrio de corriente en el módulo de conversión de potencia 502, tal como se describe en la presente memoria. El sistema 500 también incluye una lógica de control principal 508 (es decir, un controlador), como se describe en la presente memoria. Los módulos de conversión de potencia 502 pueden ser convertidores de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC), convertidores de CC a CA o convertidores de CC a CC.

La Fig. 6 es un diagrama de circuito de un circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 y un controlador de interfaz periférica (PIC) 506 de un módulo de conversión de potencia 502 que se puede usar con el sistema de conversión de potencia 500. Como se muestra en la Fig. 6, el circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 incluye una etapa de acondicionamiento 602, una etapa de promedio 604 y una etapa de diferencia 606. La disposición de los componentes en el circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 es meramente ejemplar. Por consiguiente, en otras realizaciones, el circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 puede tener cualquier componente y/o configuración que permita al circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 funcionar como se describe en la presente memoria.

En la realización ejemplar, la etapa de acondicionamiento 602 recibe una corriente de salida del módulo, Im. Específicamente, la corriente de salida Im del módulo se canaliza a través de una primera resistencia 610 que se acopla eléctricamente a una entrada negativa 612 de un primer amplificador 614. Una entrada positiva 616 del primer amplificador 614 se acopla eléctricamente a la masa 618. La etapa de acondicionamiento 602 incluye además una segunda resistencia 620 acoplada a una salida 632 del primer amplificador 614, y de ahí, a una entrada positiva 622 de un segundo amplificador 624. La etapa de acondicionamiento 602 facilita el acondicionamiento de la corriente de salida Im del módulo para su uso por la etapa de promediado 604 y la etapa de diferencia 606. Por ejemplo, la etapa de acondicionamiento 602 puede convertir una señal de corriente (tal como la de un transformador de corriente) en una señal de voltaje, escalar la señal de voltaje a un intervalo deseado que sea manejable por un circuito amplificador y/o adquirido a través de canales ND, y/o introducir filtrado para mitigar el ruido capturado por el transductor de corriente.

La etapa de promediado 604 incluye una tercera resistencia 630 acoplada eléctricamente entre la salida 632 del primer amplificador 614 y un interruptor analógico 634. El interruptor analógico 634 controla selectivamente si la tercera resistencia 630 se acopla eléctricamente a una entrada positiva 640 de un tercer amplificador 642. En la realización ejemplar, el PIC 506 controla si el interruptor analógico 634 está abierto o cerrado. Corriente abajo del interruptor analógico 634, la etapa de promediado 604 recibe una corriente de referencia, Iref, de otros módulos de conversión de potencia 502 o proporciona la corriente de referencia Iref, a otros módulos de conversión de potencia 502, como se describe en la presente memoria.

La etapa de diferencia 606 incluye el segundo amplificador 624 y el tercer amplificador 642. En la realización ejemplar, una entrada negativa 644 del segundo amplificador 624 está acoplada eléctricamente a una salida 646 del segundo amplificador 624, y una entrada negativa 648 del tercer amplificador 642 está acoplada eléctricamente a una salida 650 del tercer amplificador 642. Una cuarta resistencia 652 se acopla eléctricamente entre la salida 650 del tercer amplificador 642 y una entrada negativa 656 de un cuarto amplificador 658, y una quinta resistencia 660 se acopla eléctricamente entre la salida 646 del segundo amplificador 624 y una entrada positiva 664 del cuarto amplificador 658. Además, una sexta resistencia 670 se acopla eléctricamente entre la entrada negativa 656 del cuarto amplificador 658 y una salida 672 del cuarto amplificador 658, y una séptima resistencia 674 se acopla eléctricamente entre la entrada positiva 664 del cuarto amplificador 658 y la masa 618.

Ahora se describirá el funcionamiento del circuito de detección de desequilibrio de corriente 504. Como se ha comentado anteriormente, el sistema 500 incluye una pluralidad de módulos de conversión de potencia 502. Cuando los interruptores analógicos 634 para todos los módulos de conversión de potencia 502 están cerrados, el circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 para un módulo 502 en particular calcula un promedio de las corrientes de salida del módulo Im como la corriente de referencia Iref, y calcula una diferencia (es decir, Ierr) entre el promedio y la corriente de salida del módulo Im para el módulo 502 en particular. Cuando el interruptor analógico 634 está cerrado para un solo módulo 502, la corriente de referencia Iref es la corriente de salida del módulo Im para ese módulo, y el circuito de detección de desequilibrio de corriente 504 para un módulo 502 en particular calcula una diferencia (es decir, Ierr) entre la corriente de referencia Iref y la corriente de salida del módulo Im para el módulo 502 en particular. Alternativamente, cualquier combinación de interruptores analógicos 634 se puede cerrar selectivamente para generar diferentes corrientes de referencia Iref.

Los interruptores analógicos 634 están controlados por el PIC 506, que a su vez está controlado por la lógica de control principal 508 (mostrada en la Fig. 5) en la realización ejemplar. Específicamente, cada PIC 506 está acoplado comunicativamente a la lógica de control principal 508 y a los PIC 506 de otros módulos de conversión de potencia 502 a través de un bus de comunicación 680. El bus de comunicación 680 puede ser, por ejemplo, una red de área de controlador (CAN).

La diferencia calculada, Ierr, se puede enviar al PIC 506 para su posterior procesamiento. Por ejemplo, en la realización ejemplar, el PIC 506 compara la diferencia computada con un umbral predeterminado, y calcula un porcentaje de tiempo (por ejemplo, de un ciclo de trabajo) durante el cual la diferencia computada excede el umbral predefinido. La Fig. 7 es un gráfico 700 que ilustra esta comparación durante un período de muestreo a 50 Hz. Una onda senoidal central 702 representa las señales de corriente de referencia que se pueden representar como As¡n(u>t). A continuación, se puede definir un umbral de desequilibrio actual, At, que da lugar a dos curvas 704 y 706 correspondientes a Asin(uit) ± At. Una onda senoidal 708 adicional es la corriente del módulo, y se puede representar como Bsin(wt). Cuando la onda senoidal 708 cae fuera de la banda de tolerancia ± At (es decir, el área entre las curvas 704 y 706), la diferencia entre la onda senoidal 702 y la onda senoidal 708 excede el umbral de desequilibrio A^t. Por lo tanto, la señal de corriente del módulo se puede comparar con dichos límites de tolerancia, o la diferencia entre las corrientes de referencia y del módulo se puede comparar con los límites de tolerancia. El resultado de esta comparación se comunica a la lógica de control principal 508.

En base al resultado recibido, la lógica de control principal 508 detecta si se está produciendo o no una condición de desequilibrio de corriente. Por ejemplo, considere que las dos señales de comparación son dos ondas sinusoidales síncronas y en fase. Específicamente, la primera señal se puede representar como Asin(wt) y la segunda señal se puede representar como Bsin(wt). La diferencia entre las dos, (A-B)sin(uit) también sería una onda senoidal, Dsin(u)t), en la que D = A - B.

Esta onda senoidal resultante se puede expresar en términos de variación porcentual con respecto a la amplitud, como AD%sin(wt), en la que D%= (A - B)/A. Además, esto alcanzaría un umbral, At, en un ángulo $. Es decir, AD%sin(^t) = A^t. Entonces, la fracción de todas las muestras que activaría la detección viene dada por 1 -(2$/n). Por lo tanto, el ciclo de trabajo de la señal binaria que capta cuando la diferencia entre las dos señales supera el umbral se puede relacionar con su diferencia absoluta. Es decir, el ciclo de trabajo facilita la captura de una situación en la que una variación porcentual supera un determinado umbral, permitiendo la activación de la detección del desequilibrio en función de que la diferencia supere un porcentaje predeterminado.

Cuando se detecta una condición de desequilibrio de corriente, la lógica de control principal 508 puede activar una alarma y/o tomar las medidas adecuadas (por ejemplo, desclasificar el módulo de conversión de potencia 502 en el que se produce la condición de desequilibrio de corriente). Desde una perspectiva técnica, las realizaciones descritas en la presente memoria son relativamente sencillas y rentables, dado que usan lógica programable distribuida de bajo rendimiento en los PIC 506. Aunque cada módulo de conversión de potencia 502 incluye un circuito de detección de desequilibrio de corriente 504, éstos sólo se conectan localmente y no contribuyen a la complejidad del cableado del sistema global 500.

Las realizaciones descritas en la presente memoria también facilitan la mejora de la fiabilidad del sistema al proporcionar una detección de una condición de desequilibrio de corriente. Esto se traduce en una ventaja comercial sobre al menos algunos sistemas de conversión de potencia conocidos, dado que da lugar a un sistema más inteligente y fiable. Además, gracias a la flexibilidad de la detección, esta función resulta útil durante las pruebas de producción para evaluar el desequilibrio de corriente en las unidades de nueva producción. Al mismo tiempo, también facilita la localización de averías y la puesta en servicio de las unidades de campo (es decir, la evaluación del desequilibrio de corriente en las instalaciones de campo).

En el mismo contexto, la disponibilidad de inteligencia de módulo local (es decir, PICs 506) que se comunican con la lógica de control principal 508 ofrece posibilidades de diagnóstico adicionales, tal como la conducción de un solo módulo de conversión de potencia 502 a la vez. Es decir, la lógica de control principal 508 puede seleccionar un módulo de conversión de potencia 502 específico para ser accionado activamente (y con detección de corriente habilitada a través del circuito de detección de desequilibrio de corriente 504) mientras que otros módulos de conversión de potencia 502 se mantienen en un estado APAGAD0. Esto permite aislar un módulo averiado durante la localización de averías. Además, en algunas realizaciones, incluso las subsecciones dentro de un módulo de conversión de potencia 502 en particular se pueden activar y/o desactivar selectivamente. Por ejemplo, en un convertidor multifásico, cada pata/fase del convertidor se puede activar por separado para una mayor flexibilidad durante la localización de averías.

Los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria se pueden implementar en un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS). Por ejemplo, la Fig. 8 es un diagrama esquemático de un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) redundante aislado-paralelo (IP) 1000. En la realización ejemplar, el sistema 1000 incluye una pluralidad de UPS 1002 dispuestos en una arquitectura en anillo, o arquitectura paralela, como se describe en la presente memoria. Específicamente, el sistema 1000 incluye un primer UPS 1004, un segundo UPS 1006, un tercer UPS 1008 y un cuarto UPS 1010 en la realización ejemplar. Alternativamente, el sistema 1000 puede incluir cualquier número de UPS 1002 que permitan al sistema 1000 funcionar como se describe en la presente memoria. En la realización ejemplar, el sistema 1000 es un sistema de tres hilos. Alternativamente, el sistema 1000 puede ser un sistema de cuatro hilos (es decir, un sistema que incluya un hilo neutro para cada carga). Los UPS 1002 se pueden implementar mediante el uso del sistema 500 y los módulos de conversión de potencia 502 (ambos mostrados en la Fig. 5).

En la realización ejemplar, los UPS 1002 son UPS estáticos de doble conversión (es decir, verdaderos sistemas en línea). Tanto los UPS estáticos como los rotativos pueden requerir técnicas de control de estatismo tanto para el voltaje como para la frecuencia. En algunos casos, el control del estatismo sólo para la frecuencia puede ser suficiente. En algunas realizaciones, las técnicas de control de estatismo se adaptan en función de si la carga es lineal o no lineal.

El sistema 1000 facilita el suministro de energía a una o más cargas 1020. En condiciones normales de funcionamiento, uno o más servicios públicos 1022 funcionan como fuente de energía y suministran energía a las cargas 1020. Las utilidades 1022 pueden proporcionar corriente alterna (CA) o corriente continua (CC) al sistema 1000. En el caso de que la energía de la red 1022 no llegue a las cargas 1020 (por ejemplo, debido a un fallo de la red 1022 y/o de los dispositivos entre la red 1022 y las cargas 1020), el sistema 1000 usa UPS 1002 para mantener el flujo de energía a las cargas 1020, como se describe en la presente memoria. En la realización ejemplar, el sistema 1000 incluye una primera carga 1024, una segunda carga 1026, una tercera carga 1028 y una cuarta carga 1030. Alternativamente, el sistema 1000 puede incluir cualquier número de cargas 1020 que permitan al sistema 1000 funcionar como se describe en la presente memoria.

Cada carga 1020 está acoplada eléctricamente entre un UPS 1002 asociado y un bus de anillo 1032. Específicamente, en la realización ejemplar, cada carga 1020 está acoplada al bus de anillo 1032 a través de un disyuntor de carga asociado 1034. Además, el bus de anillo 1032 incluye una pluralidad de disyuntores de bus de anillo 1036. En el caso de que algún segmento del bus de anillo 1032 falle o se apague, la arquitectura del sistema 1000 garantiza que la energía siga llegando a las cargas 1020. En particular, la arquitectura mostrada en la Fig. 8 es meramente ejemplar. Por ejemplo, en algunas realizaciones, las cargas 1020 pueden estar acopladas directamente al bus de anillo 1032 o pueden estar acopladas entre UPS 1002. Además, el sistema 1000 puede incluir UPS adicionales 1038 acoplados directamente al bus de anillo 1032.

En la realización ejemplar, cada UPS 1002 está acoplado eléctricamente entre un interruptor de entrada 1040 y un interruptor de salida 1042. Los interruptores de entrada 1040 están acoplados eléctricamente a los interruptores en paralelo 1044, que a su vez están acoplados eléctricamente a la red 1022 a través de un transformador asociado 1046. En la realización ejemplar, cada interruptor en paralelo 1044 también está acoplado eléctricamente a una o más masas 1048. Los interruptores 1040, 1042 y 1044 pueden incluir circuitos locales, circuitos de sincronización remota y/o software para facilitar la atenuación de perturbaciones, interferencias y/o diafonía en el bus de anillo 1032 para proporcionar energía limpia a las cargas 1020. En la realización ejemplar, cada interruptor de salida 1042 está acoplado eléctricamente de forma directa a una carga asociada 1020, y acoplado al bus de anillo 1032 a través de una reactancia asociada 1050 (por ejemplo, un inductor).

En el sistema 1000, sin una sincronización adecuada, los UPS 1002 pueden interferir entre sí y/o empezar a anularse unos a otros, causando oscilaciones u otros efectos no deseados. Por consiguiente, en la realización ejemplar, un controlador (no mostrado en la Fig. 8) controla el funcionamiento de los UPS 1002. Más concretamente, el controlador controla una frecuencia de un voltaje de salida de cada UPS 1002, como se describe en la presente memoria. La frecuencia de cada UPS 1002 se calcula en función de la potencia, tal como se describe en la presente memoria.

La Fig. 9 es un diagrama simplificado del sistema 1000. Como se muestra en la Fig. 9, un controlador 2000 está acoplado comunicativamente a cada una de la primera UPS 1004, segunda UPS 1006, tercera UPS 1008 y cuarta UPS 1010. Aunque en la Fig. 9 se muestra un único controlador 2000, alternativamente, un controlador independiente puede controlar el funcionamiento de cada UPS 1002. El controlador 2000 puede incluir su propio sistema de alimentación (no mostrado), tal como una fuente de energía dedicada (por ejemplo, una batería). En algunas realizaciones, el controlador 2000 está acoplado a un controlador sustituto (no mostrado) que se puede usar en caso de que falle el controlador 2000. El controlador 2000 puede controlar la distribución de energía y la gestión del sistema 1000 en un área geográfica relativamente grande.

En la realización ejemplar, el controlador 2000 está implementado por un procesador 2002 acoplado comunicativamente a un dispositivo de memoria 2004 para ejecutar instrucciones. En algunas realizaciones, las instrucciones ejecutables se almacenan en el dispositivo de memoria 2004. Alternativamente, el controlador 2000 se puede implementar mediante el uso de cualquier circuito que permita al controlador 2000 controlar el funcionamiento de los UPS 1002 como se describe en la presente memoria. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el controlador 2000 puede incluir una máquina de estados que aprende o está preprogramada para determinar información relevante sobre qué cargas 1020 requieren energía. Por ejemplo, el controlador 2000 puede determinar dinámicamente qué recursos energéticos se necesitarán y a qué nivel de rendimiento y condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura, humedad, hora del día, etc.) deberán funcionar dichos recursos energéticos. El controlador 2000 puede llevar a cabo una monitorización dinámica para determinar si una carga dada 1020 está satisfecha con la potencia suministrada, y si la potencia suministrada está libre de armónicos, transitorios, etc. En algunas realizaciones, la supervisión dinámica puede incluir el seguimiento del uso de recursos para determinar cuánta corriente o voltaje se debe suministrar. El controlador 2000 también puede supervisar y/o controlar la rapidez (es decir, el ancho de banda) y la capacidad del inversor (por ejemplo, sobrecarga, potencia reactiva, potencia activa) para facilitar la fiabilidad del sistema 1000 y minimizar la degradación del rendimiento de los UPS 1002.

El controlador 2000 también puede incluir un programador de máquinas de estado configurado para activar y desactivar selectivamente los recursos de energía, establecer los niveles de voltaje y corriente, y/o tomar acciones de ahorro de energía (por ejemplo, reducir la entrega de corriente). El controlador 2000 también puede llevar a cabo un seguimiento de las características (por ejemplo, la asignación estática de energía) del sistema 1000 para determinar si uno o más componentes del sistema 1000 se deben poner en modo de espera o si se debe desviar la energía.

En la realización ejemplar, el controlador 2000 lleva a cabo una o más operaciones descritas en la presente memoria por medio de la programación del procesador 2002. Por ejemplo, el procesador 2002 se puede programar por medio de la codificación de una operación como una o más instrucciones ejecutables y el suministro de las instrucciones ejecutables en el dispositivo de memoria 2004. El procesador 2002 puede incluir una o más unidades de procesamiento (por ejemplo, en una configuración multinúcleo). Además, el procesador 2002 se puede implementar mediante el uso de uno o más sistemas de procesadores heterogéneos en los que un procesador principal está presente con procesadores secundarios en un único chip. Como otro ejemplo ilustrativo, el procesador 2002 puede ser un sistema multiprocesador simétrico que contenga múltiples procesadores del mismo tipo. Además, el procesador 2002 se puede implementar mediante el uso de cualquier circuito programable adecuado, incluidos uno o más sistemas y microcontroladores, microprocesadores, circuitos de conjunto de instrucciones reducidas (RISC), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), circuitos lógicos programables, matrices de puertas programables en campo (FPGA) y cualquier otro circuito capaz de ejecutar las funciones descritas en la presente memoria. En la realización ejemplar, el procesador 2002 provoca que el controlador 2000 opere las UPS 1002, como se describe en la presente memoria.

En la realización ejemplar, el dispositivo de memoria 2004 es uno o más dispositivos que permiten almacenar y recuperar información tal como instrucciones ejecutables y/u otros datos. El dispositivo de memoria 2004 puede incluir uno o más medios legibles por ordenador, tales como, sin limitación, memoria dinámica de acceso aleatorio (DRAM), memoria estática de acceso aleatorio (SRAM), un disco de estado sólido, y/o un disco duro. El dispositivo de memoria 2004 puede estar configurado para almacenar, sin limitación, código fuente de la aplicación, código objeto de la aplicación, porciones de código fuente de interés, porciones de código objeto de interés, datos de configuración, eventos de ejecución y/o cualquier otro tipo de datos. La lógica del controlador principal 508 y/o los PIC 506 se pueden implementar de forma similar mediante el uso de un procesador y un dispositivo de memoria asociados.

Como se muestra en la Fig. 9, los UPS 1002 y las cargas 1020 están acoplados eléctricamente entre sí a través de reactancias 1050 y el bus de anillo 1032. Además, en la realización ejemplar, un interruptor (que se muestra en estado cerrado en la Fig. 9) está acoplado entre cada reactancia 1050 y el bus de anillo 1032. Cada UPS 1002 incluye un rectificador 2006, un condensador de CC 2008 y un inversor 2010 en la realización ejemplar. Además, cada carga 1020 está acoplada eléctricamente en paralelo con un condensador de salida (no mostrado), y cada UPS 1002 está acoplado eléctricamente en serie con un inductor (no mostrado), en la realización ejemplar. Cada inductor y un condensador de salida asociado forman un filtro LC, y el ángulo de fase 8 es un ángulo de fase del voltaje de salida de un UPS 1002 medido a través del condensador de salida. Además, un interruptor de derivación 2012 está acoplado en paralelo con cada reactancia 1050. Al cerrar el interruptor de derivación 2012, el flujo de energía pasa por alto la reactancia asociada 1050.

Las cargas 1020 pueden recibir energía de un UPS local 1002 (por ejemplo, la primera carga 1024 que recibe energía del primer UPS 1004) y de otros UPS 1002 a través de la reactancia 1050. En consecuencia, en el caso de que un UPS local 1002 falle, una carga 1020 puede recibir energía de otros UPS 1002.

Las implementaciones descritas en la presente memorias se refieren a diagnósticos avanzados en convertidores de potencia modulares. En concreto, las realizaciones descritas en la presente memoria se basan en una implementación modular relativamente sencilla, en la que los módulos convertidores se conectan en paralelo por impedancia en serie mientras que comparten la misma modulación PWM. Por medio de la introducción de dispositivos programables locales de coste relativamente bajo a nivel de módulo, los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria introducen la detección del desequilibrio de corriente en una implementación de un solo cable, para de ese modo preservar la simplicidad de la implementación. Cuando se detecta un desequilibrio de corriente, los sistemas y procedimientos descritos en la presente memoria facilitan la alerta a un usuario y permiten la investigación y el mantenimiento para evitar el fallo del módulo.

Anteriormente se han descrito en detalle ejemplos de sistemas y procedimientos para el diagnóstico avanzado de convertidores de potencia modulares. Los sistemas y procedimientos no se limitan a las realizaciones específicas descritas en la presente memoria, sino que los componentes de los sistemas y/o las operaciones de los procedimientos se pueden usar independientemente y por separado de otros componentes y/o operaciones descritos en la presente memoria. Además, los componentes y/u operaciones descritos también se pueden definir en, o usar en combinación con, otros sistemas, procedimientos y/o dispositivos, y no se limitan a la práctica únicamente con los sistemas descritos en la presente memoria.

Un efecto técnico ejemplar de los procedimientos y sistemas descritos en la presente memoria incluye al menos uno de: (a) acoplar en paralelo una pluralidad de módulos de conversión de potencia, en los que todos los módulos de conversión de potencia de la pluralidad de módulos de conversión de potencia están configurados para recibir una señal de control de modulación por ancho de pulsos, y (b) calcular, en cada módulo de conversión de potencia de la pluralidad de módulos de conversión de potencia, una diferencia entre una corriente de referencia y una corriente de salida del módulo de conversión de potencia.

El alcance de la protección se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACI0NES

1. Un sistema de conversión de potencia (500) que comprende: una pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) conectados en paralelo, en el que todos los módulos de conversión de potencia (502) de dicha pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) están configurados para recibir una señal de control de modulación de anchura de impulsos, cada módulo de conversión de potencia (502) de dicha pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) caracterizado porque comprende:

un circuito de detección de desequilibrio de corriente (504) configurado para calcular una diferencia entre una corriente de referencia y una corriente de salida de dicho módulo de conversión de potencia (502) relacionada con desequilibrios de carga; y

un dispositivo de procesamiento (506) acoplado comunicativamente a dicho circuito de detección de desequilibrio de corriente y configurado para llevar a cabo el procesamiento mediante el uso de la diferencia calculada;

y porque todos los módulos de conversión de potencia (502) de dicha pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) están configurados para recibir la misma señal de control de modulación de anchura de impulsos, y

porque cada módulo de conversión de potencia está configurado para contribuir selectivamente a la corriente de referencia en base a la corriente de salida de dicho módulo de conversión de potencia (502) mientras dicho módulo de conversión de potencia (502) proporciona la corriente de salida, en que la corriente de referencia es un promedio de las corrientes de salida para los módulos de conversión de potencia (502) de la pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) que contribuyen a la corriente de referencia.

2. Un sistema de conversión de potencia (500) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho circuito de detección de desequilibrio de corriente (504) comprende:

una etapa de acondicionamiento (602) configurada para acondicionar la corriente de salida de dicho módulo de conversión de potencia;

una etapa de promediado (604) configurada para calcular la corriente de referencia; y

una etapa de diferencia (606) configurada para calcular la diferencia entre la corriente de referencia y la corriente de salida.

3. Un sistema de conversión de potencia (500) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicho sistema de conversión de potencia (500) está configurado para su uso en un sistema de alimentación ininterrumpida (1000).

4. Un sistema de conversión de potencia (500) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho dispositivo de procesamiento (506) está configurado para:

comparar la diferencia calculada entre la corriente de referencia y la corriente de salida con un umbral predeterminado; y

calcular un porcentaje de tiempo durante el cual la diferencia calculada supera el umbral predeterminado.

5. Un sistema de conversión de potencia (500) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que además comprende una lógica de control principal (508) acoplada comunicativamente a dichos dispositivos de procesamiento (506).

6. Un sistema de conversión de potencia (500) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que dicha lógica de control principal (508) está configurada para determinar si se produce una condición de desequilibrio de corriente basándose, al menos en parte, en la diferencia calculada entre la corriente de referencia y la corriente de salida.

7. Un sistema de conversión de potencia (500) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que además comprende un bus de comunicación (680) acoplado comunicativamente entre dichos dispositivos de procesamiento (506).

8. Un procedimiento para operar un sistema de conversión de potencia, dicho procedimiento comprende:

acoplar una pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) en paralelo, en el que todos los módulos de conversión de potencia (502) de la pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) están configurados para recibir una señal de control de modulación por ancho de pulsos; caracterizado porque calcular, en cada módulo de conversión de potencia (502) de la pluralidad de módulos de conversión de potencia (502), una diferencia entre una corriente de referencia y una corriente de salida del módulo de conversión de potencia (502) para detectar una condición de desequilibrio de carga;

y porque todos los módulos de conversión de potencia de dicha pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) reciben la misma señal de control de modulación de anchura de impulsos, y

porque cada módulo de conversión de potencia contribuye selectivamente a la corriente de referencia en base a la corriente de salida de dicho módulo de conversión de potencia (502) mientras dicho módulo de conversión de potencia (502) proporciona la corriente de salida, en que la corriente de referencia es un promedio de las corrientes de salida para los módulos de conversión de potencia (502) de la pluralidad de módulos de conversión de potencia (502) que contribuyen a la corriente de referencia.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, que además comprende: