MX2012010257A - Sistema de energia continua contenerizada y metodo. - Google Patents

Abstract

Es un objeto de la presente invención el proveer un sistema de energía continua eficiente que puede ser implementado rápidamente y a bajo costo en una variedad de destinos. La naturaleza contenerizada del sistema de la presente invención puede permitir que esas ventajas sean alcanzadas. El sistema aquí descrito es particularmente adecuado para implantarse en aplicaciones de centro de datos, pero un experto en la materia reconocerá que puede ser útil en una variedad de situaciones.

Description

SISTEMA DE ENERGÍA CONTINUA CONTENERIZADA Y METODO Esta solicitud reclama prioridad de las Solicitudes de Patente Norteamericanas Serie Nos. 61/310,775 y 12/940,858, las cuales se incorporan en su totalidad para referencia.

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sistemas de generación de energía. Más específicamente, la presente invención se refiere a sistemas de generación de energía contenerizada, portátiles, que puedan alojarse en un contenedor de embarque estándar.

La presente invención puede ser útil como un sistema de energía continua de reserva junto con la red eléctrica, o como un sistema de generación de energía primaria en lugares no atendidos por una red de energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Tradicionalmente, sistemas de energía continua a gran escala han requerido una fuerte inversión de tiempo y capital para completarse como una instalación "ladrillo y mortero" (instalación tradicional). Además, dichos sistemas de ladrillo y mortero tienden a tener una capacidad de salida determinada que no puede actualizarse fácilmente como lo requieren los cambios. Por lo tanto, para ser viable por un período de muchos años, los sistemas se construyen a menudo bajo una especificación que supera en demasía los requisitos de energía inicial. De lo contrario, la creciente demanda pronto podría superar la capacidad de un sistema de mortero y ladrillo recién instalado. Un sistema de ladrillo y mortero construido para suministrar solamente la cantidad de energía necesaria en el momento de diseño incluso podría ser insuficiente en el momento en que fue terminado, dado los tiempos prolongados de construcción asociados con sistemas de mortero y ladrillo tradicionales.

Tradicionalmente, baterías se utilizan junto con equipos de generación de energía basada en combustibles en sistemas de energía continua. Cuando falla la red de energía, las baterías proporcionan energía de reserva por un lapso corto durante el tiempo que tarda un generador para entrar en funcionamiento.

Esta dependencia tradicional de baterías para energía continua de tiempo corto tiene desventajas que pueden ser eliminadas de acuerdo con la presente invención. Por ejemplo, las baterías requieren un espacio grande, dedicado y temperatura controlada. También requieren periódicamente costosos reemplazos cuando se desgastan. Además, las baterías tienden a utilizar metales pesados y sustancias químicas tóxicas, que requieren precauciones especiales cuando se reemplazan.

Además, sistemas tradicionales de energía continua a gran escala son generalmente construidos a partir de un conjunto de componentes (tal como un generador, una batería basada en UPS, equipo de regulación y conmutación, sistemas de control ambiental, etc.) de diferentes fabricantes. Una desventaja de este enfoque es que, si bien dichos componentes son generalmente capaces de conectarse a un ordenador para fines de vigilancia y control, hay una gran variedad de opciones de conectividad física y lógica en uso por dicho hardware. Y los protocolos que usan estos componentes son incompatibles entre sí. Por lo tanto, los componentes no están en comunicación entre sí, y no está disponible ninguna solución de monitoreo y control centralizada.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, es un objeto 'de esta invención proporcionar un sistema de energía continua que puede implementarse rápidamente y a bajo costo a una variedad de destinos. La naturaleza contenerizada del sistema aquí descrito puede permitir que estas ventajas sean alcanzadas. El sistema descrito es especialmente adecuado para la implementacion en aplicaciones de centro de datos, pero una persona con habilidad ordinaria reconocerá que puede ser útil para suministrar una carga crítica en una variedad de situaciones, y las reivindicaciones no deben ser constituidas para limitarse a centros de datos.

El sistema aquí descrito puede incluir un volante de inercia de alta eficiencia basado en sistemas de energía ininterrumpida (UPS) para suministrar energía generalmente en menos de un minuto, un motor de respaldo para generación de energía a largo plazo, medios para arrancar el motor de respaldo, equipo de regulación y conmutación, equipo de refrigeración, etc. Todos o algunos de estos componentes pueden ser integrados en un contenedor estándar para una fácil implementación. En algunas modalidades, el enfriador puede ser omitido, y el enfriamiento puede ser proporcionado a través del sistema de refrigeración de la carga crítica alimentada por el sistema (por ejemplo, agua fría de un sistema de refrigeración del centro de datos).

Es un objeto adicional de la presente invención proporcionar una supervisión centralizada y un sistema de control. Este sistema puede ser capaz de comunicarse con los diversos componentes utilizando diferentes protocolos, agregar datos y presentar una interfaz sencilla y unificada para el cliente.

El sistema aquí descrito permite una menor inversión de dinero, tiempo y espacio en comparación con sistemas conocidos de energía continua. Además puede proporcionar una gestión más eficiente y solución "verde" que los métodos previamente conocidas, tal como se describe más completamente a continuación.

La presente invención puede eliminar las conocidas desventajas asociadas con las baterías utilizando un volante de inercia para el almacenamiento de energía en lugar de un banco de baterías química. Sistemas basados en baterías también pueden ser más propensos a fallar y menos eficientes que el sistema aquí descrito. La eficiencia del sistema aquí descrito puede reducir las emisiones de carbono y costos asociados, en comparación con los sistemas tradicionales.

La presente invención incluye modalidades que usan baterías para proporcionar energía de arranque para un generador de respaldo, pero en algunas modalidades se puede eliminar totalmente la necesidad de baterías. Es conocido en el arte que un gran porcentaje de las fallas en los sistemas de energía continua son debido a fallas de la batería. En consecuencia, en las modalidades del la invención aquí descrita que incluyen baterías para arrancar el generador, un sistema redundante de partida, basado en la energía almacenada en el volante UPS, también puede ser incluido para incrementar la conf labilidad.

Una ventaja adicional del sistema aquí descrito es que gran parte del esfuerzo de implementación puede llevarse a cabo en las instalaciones del fabricante, en lugar de en el sitio en la ubicación de implementación. En una configuración tradicional de ladrillo y mortero, ingeniería, logística de componente, montaje, pruebas e instalación debe llevarse a cabo en el sitio. Utilizando los métodos y sistemas descritos, todo ese trabajo puede completarse en la fábrica, aún antes de que un cliente solicite un sistema. La entrega de un sistema pre-ensamblado y previamente probado reduce la cantidad de trabajo en el sitio a solo pruebas y puesta en servicio, permitiendo que el sistema sea implementado mucho más rápidamente desde el punto de vista del cliente.

Como las necesidades de energía cambian, la naturaleza modular de la materia aquí descrita puede permitir a un cliente agregar rápidamente más capacidad sin el costo de sustituir la infraestructura existente. Sistemas contenerizados pueden ser construidos para una variedad de especificaciones, permitiéndole al cliente iniciar con tanta capacidad como se necesite y después agregar capacidad como sea necesario.

Además, el sistema contenerizado puede implementarse en una variedad de ubicaciones, de conformidad con los requisitos del sitio de instalación. Por ejemplo, podría ser instalado en un techo, en una plataforma de carga, dentro de un edificio, en un recinto seguro, o en un área de estacionamiento. Una vez instalado, el sistema puede desconectarse y ser trasladó a un sitio diferente en cuestión de horas, si las necesidades lo requieren.

De conformidad con la presente invención, todo un sistema de energía continua puede ser integrado en un único contenedor de embarque para un sistema de un solo contenedor. Alternativamente, para aplicaciones de mayor potencia, diferentes componentes pueden estar contenidos en una pluralidad de contenedores. Los contenedores pueden estar conectados juntos para proporcionar un sistema de energía continua integrado de múltiples contenedores.

Estas y otras ventajas de la materia aquí descrita, así como características novedosas adicionales, serán evidentes a partir de la descripción aquí proporcionada. El propósito de este resumen no es el de ser una descripción completa de la materia, sino más bien proveer una breve descripción de la funcionalidad de la presente materia. Otros sistemas, métodos, características y ventajas serán evidentes para un técnico en la materia a partir de las siguientes figuras y descripción detallada. Se pretende que dichos sistemas, métodos, características y ventajas adicionales, incluidas en esta descripción, estén dentro del alcance de las cláusulas.

DESCRIPCION DE LAS FIGURAS Las características, naturaleza y ventajas de la materia aquí descrita pueden llegar a ser más evidentes a partir de la descripción detallada que se establece a continuación, de manera conjunta con los dibujos en los cuales se indican con números de referencia las características y en donde: La figura 1 muestra una gráfica que ilustra la escalabilidad de los sistemas de energía continua conocidos en el estado de la técnica; La figura 2 muestra una gráfica que ilustra la escalabilidad del sistema de la presente invención; La figura 3 muestra una gráfica comparando los costos de la presente invención y los costos de los sistemas del estado de la técnica; La figura 4 muestra una gráfica comparando la huella de carbono de la presente invención y la huella de carbón de los sistemas del estado de la técnica.

La figura 5 muestra una vista superior de un sistema integrado de energía de un único contenedor; Las figuras 6A y 6B muestran, respectivamente, una vista lateral y una vista extrema de un sistema integrado de energía continua de un único contenedor; La figura 7 muestra una vista en perspectiva de un sistema integrado de energía continua de alta capacidad integrada de múltiples contenedores; La figura 8 muestra una vista superior de un sistema integrado de energía continua de alta capacidad de múltiples contenedores; La figura 9 muestra una vista en perspectiva de un sistema de enfriamiento de conformidad con la presente invención; La figura 10 muestra una vista esquemática de alto nivel de las conexiones en una modalidad de la presente invención; La figura 11 muestra un sistema de ordenador y periféricos relacionados que pueden utilizarse en relación con el sistema de la presente invención; Las figuras 12-22 muestran imágenes de una modalidad de un sistema computarizado de monitoreo y control de conformidad con la presente invención; La figura 23 muestra una gráfica de velocidad del generador con el tiempo; La figura 24 muestra un diagrama de flujo de la lógica de una modalidad de la presente invención; y Las figuras 25-28 muestran esquemas de alto nivel de diversas modalidades posibles de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La siguiente descripción no debe ser tomada en un sentido limitativo, sino más bien con el propósito de describir los principios generales de la presente invención. El alcance de la presente invención deberá ser determinado en relación con las reivindicaciones. Modalidades ejemplares de la presente invención se ilustran en los dibujos, los números de referencia que se utilizan en los diferentes dibujos, se refieren a partes correspondientes de los distintos dibujos.

Esta solicitud está relacionada con la Solicitud No. 11/606.848 ("Solicitud 848"), la cual se incorpora para referencia en su totalidad. La Solicitud '848 divulga métodos y sistemas para volante de inercia basado en suministros de energía ininterrumpida, que pueden ser incorporados en el sistema de energía continua contenerizado de la presente invención, como se discute más completamente a continuación.

Sistemas de energía continua conocidos tienden a ser alojados en instalaciones permanentes de ladrillo y mortero. Tales instalaciones pueden tardar muchos meses o incluso años para construirse, y tienden a no ser fácilmente actualizables. Por esas razones, tienden a ser construidas con una capacidad mucho mayor de la capacidad necesaria inicialmente, para permitir el crecimiento en las necesidades de energía del sitio. Hacer lo contario resultaría en una instalación de ladrillo y mortero costosa que sólo tendría la capacidad para satisfacer las necesidades del sitio.

Modalidades del sistema contenerizado de la presente invención pueden incluir un sistema de energía integrado y centro de datos, pero un experto en la materia entendería que la materia necesita no ser limitada a ese tipo de modalidades. Otras infraestructuras como aire comprimido, agua fría, vacío, protección del medio ambiente, etc., pueden ser empacados e integrados de la misma manera. Las diversas modalidades de esta invención proporcionan un tiempo más rápido de implementación y la capacidad para probar previamente el sistema integrado antes de que sea entregado en el sitio del cliente. Adicionalmente, ensambles estandarizados o semi-personalizados pueden ofrecerse para ayudar a reducir costos y proporcionar la oportunidad de optimizar el rendimiento.

La figura 1 es una gráfica que muestra los requisitos de carga de un sitio ejemplar y la capacidad de energía continua instalada de una instalación asociada de ladrillo y mortero como una función del tiempo. La carga 10 se muestra como un crecimiento constante en el tiempo antes de llegar a una meseta. La capacidad instalada 12 permanece constante, en un nivel muy superior a la demanda inicial del sitio. Debido a que la instalación de ladrillo y mortero no es fácilmente expandible, una instalación como ésta es la única manera de permitir su uso continuado durante un período de años, mientras que aumentan los requerimientos de carga.

La figura 2 muestra los mismos requisitos de carga 10 de la figura 1 , pero con una capacidad instalada basada en el sistema contenerizado de la presente invención. Como se muestra, la capacidad instalada es capaz de crecer con el tiempo con el sistema de la presente invención, a la par con la demanda y eliminar el problema de capacidad inicial superando las necesidades iniciales. Este enfoque modular de añadir capacidad sólo cuando sea necesario puede liberar dinero en el ínterin, lo que le permite servir a usos más rentables.

La figura 3 muestra una gráfica que ilustra la acumulación de costos en el tiempo con los sistemas tradicionales y el sistema de la presente invención. Debido a la rápida implementación del sistema contenerizado de la presente invención, los costos pueden ser diferidos hasta justo antes de que la capacidad sea necesaria. Sistemas de ladrillo y mortero pueden requerir grandes inversiones iniciales, invirtiendo meses de capital o incluso años antes de que los sistemas estén en línea. Como se mencionó anteriormente en relación con la figura 2, este enfoque puede permitir la inversión más rentable de ese capital en el ínterin.

La figura 4 es un gráfico que muestra otro aspecto de la presente invención que puede conducir a ahorrar costos. La incorporación del volante de inercia de tecnología altamente eficiente basada en UPS en el sistema de la presente invención, junto con otros aspectos de ahorro de energía, reducen la cantidad de energía que se desperdicia por el sistema de energía continua. Menos energía desperdiciada ahorra dinero y también reduce la huella de carbono del sistema. Como se muestra en la figura 4, el sistema altamente eficiente de la presente invención puede reducir la huella de carbono hasta un 75%, en comparación con el legado de sistemas de energía continua de ladrillo y mortero.

La figura 5 muestra una vista superior de una modalidad de un sistema integrado de energía continua de un único contenedor de acuerdo con la presente invención. El sistema completo es alojado en el contenedor 20, que en esta modalidad es un contenedor estándar ISO de cubo de 12.192 m (40 pies) de alto. Aquellos expertos en la materia entenderán que otros tamaños y tipos de contenedores pueden utilizarse sin apartarse del espíritu de la presente invención. El contendor 20 incluye una pluralidad de puertas de acceso 21. El generador 22 comprende un motor diesel y una máquina de inducción para generar hasta 500 KW de potencia. También se incluye en el contendor 20 un tanque de combustible (no mostrado).

El contenedor 20 incluye también un volante de inercia 24 basado en UPS para proporcionar energía por un corto plazo (generalmente por debajo de aproximadamente un minuto, en algunas modalidades por debajo de aproximadamente 30 segundos, y en algunas modalidades por debajo de aproximadamente 15 segundos). El generador 22 puede tomar un pequeño intervalo de tiempo para estar en línea después de detectar la falla de energía de la red; UPS 24 se utiliza para aguantar este intervalo. UPS 24 también puede utilizarse para proporcionar potencia de arranque para iniciar el generador 22. Tradicionalmente, un banco de baterías llena el papel de suministrar corriente directa DC para iniciar un generador de energía continua. UPS 24 puede configurarse para proporcionar corriente alterna AC a la carga crítica, pero su salida también puede pasarse a través de un rectificador de alta potencia para suministrar DC de potencia de arranque al generador 22. Usando la salida de UPS 24 para iniciar el generador 22 se puede eliminar la dependencia tradicional de baterías, incrementando la disponibilidad del sistema.

Un Interruptor de transferencia automática 26 controla los cambios basados en la disponibilidad de la red de energía, energía UPS y energía del generador.

En la modalidad que se muestra en la figura 5, el contenedor 20 también incluye equipo de refrigeración. Condensadores 28 pueden colocarse junto a una puerta para permitir el flujo de aire al ambiente exterior. Ventiladores 29 y un sistema de techo dividido 30 suministran el aire frío a los componentes generadores de calor [(por ejemplo, el generador 22, UPS 24, el interruptor de transferencia automática 26, y otros componentes electrónicos (no mostrados)].

Las figuras 6A y 6B muestran, respectivamente, una vista lateral y una vista superior del contenedor 20 de la figura 5. Puertas 21 proporcionan acceso a los distintos componentes dentro del contenedor de 20 (por ejemplo, el generador 22, UPS 24, y el equipo de refrigeración) y pueden colocarse según sea necesario.

La figura 7 muestra una modalidad del sistema de múltiples contenedores de la presente invención. La modalidad incluye tres compartimientos separados: contenedor de energía continua 40, contenedor de centro de datos 42, y enfriador 44. El enfriador 44, aunque no está contenerizado, se muestra montado en un remolque 46 para una fácil implementación. Como se ha demostrado, la carga suministrada por el sistema de la presente invención no necesita estar limitada a un centro de datos de ladrillo y mortero u otras instalaciones permanentes; sin apartarse del espíritu de la presente invención, el sistema puede estar ventajosamente dispuesto en coordinación con un centro de datos contenerizado o de otro tipo, tal como lo reconocería un experto en la materia.

La figura 8 muestra una vista superior de la modalidad de múltiples contenedores que se muestra en la figura 7. Como se muestra, el contenedor de potencia continua 40 está configurado de manera generalmente similar al contenedor 20.

El enfriador 44 suministra al contenedor de centro de datos 42 agua de refrigeración a través de la línea de suministro de agua de enfriamiento 47; el agua de refrigeración caliente se regresa a través de la línea de retorno de agua de refrigeración 48. Una vista isométrica del enfriador 44 de la figura 8 se muestra en la figura 9. Se muestran, una bomba de evaporador 52 y una bomba de evaporador de respaldo 53.

La figura 10 muestra un esquema de alto nivel de las conexiones usadas entre los diferentes componentes en una modalidad del sistema de la presente invención. Una caja 60 designa el perímetro del contenedor de energía continua en la modalidad que se muestra. Útilmente, una entrada de media tensión se suministra a través del transformador 62. Una caja 70 designa el tablero de distribución, incluyendo el interruptor de transferencia 64. UPS 65 proporciona energía de respaldo a corto plazo útil en caso de un fallo en el suministro de energía eléctrica. UPS 65 puede comprender un volante basado en UPS, o en otras modalidades se podía utilizar un banco de baterías. La salida del UPS 65 puede utilizarse para iniciar el generador 66; esto puede lograrse a través de la conexión que se muestra en el numeral de referencia 68. La salida del UPS 65 puede necesitar ser reducida en voltaje y rectificada a DC antes de ser adecuada para iniciar el generador 66. El generador 66 suministra energía de respaldo de largo tiempo, que es de fase ajustada a la forma de la onda de la energía eléctrica existente, en caso de un fallo de energía eléctrica prolongado. En algunas modalidades, el generador 66 puede comprender un generador diesel.

El resto de los componentes que se muestran en la figura 10 y cualquier dispositivo externo es energizado por estas tres fuentes de energía: energía de la red pública, UPS 65 y generador de 66. Los controles del tablero de distribución 70 cuya fuente de poder extrae las cargas de energía en cualquier momento. El centro de datos contenerizado 76, en particular, se suministra mediante el transformador 73.

AC 71 suministra enfriamiento a los componentes dentro del remolque 60. El enfriador 74 suministra agua de refrigeración al centro de datos contenerizado 76 (análogo al enfriador de 44 y al centro de datos 42 de la figura 8).

En algunas modalidades, la invención aquí descrita puede también incluir un sistema de control novedoso que muestra una interfaz gráfica de usuario. Este sistema de control puede ser un sistema de control de software soportado en un medio tangible legible por un ordenador. Esta interfaz puede permitir a una persona ignorante de los detalles de los sistemas de energía continua, supervisar y controlar el sistema contenerizado de la presente invención. Por ejemplo, a través de una única interfaz de punto de conexión de cliente, un cliente puede tener acceso a las mediciones del rendimiento del sistema, seguridad, condición o estado del sistema, y funcionalidad de control del sistema.

El diseño bien integrado de la presente invención, puede reducir los costos e ineficiencias asociadas con los sistemas actuales. Por ejemplo, para habilitar el control del motor y el generador a través de ATS interno puede reducir el tiempo de espera y aumentar la disponibilidad y confiabilidad del sistema. En algunas modalidades el accionamiento neumático de dispositivos de control mecánico puede habilitarse para reducir las ineficiencias.

El enfriador que se muestra en la figura 9 puede eliminarse en algunas modalidades y ser reemplazado con intercambiadores de calor de agua enfriada utilizando, por ejemplo, agua fría in situ.

El componente de control puede proporcionar acceso a dichas características a través de una interfaz gráfica de usuario de alto nivel de inteligencia (GUI), utilizando una pantalla táctil en algunas modalidades. La GUI inteligente puede incluir representaciones visuales de flujo de energía, estado del sistema, pruebas periódicas del subsistema, etc. El componente de control también puede proporcionar advertencias y alertas por correo electrónico, que permite la rápida difusión de la información relativa a la condición o estado de los distintos subsistemas y al mantenimiento preventivo que se requiere para varias partes (por ejemplo, filtros, interruptores, rodamientos, etc.) La figura 11 muestra un sistema informático ejemplar para la implementación de la materia divulgada, que incluye un dispositivo de computación de uso general en forma de un sistema de computación 200, comercialmente disponible de Intel, IBM, AMD y otros. Los componentes del sistema de computación pueden incluir, pero no se limitan a, una unidad de procesamiento 204, una memoria de sistema 206 y un bus de sistema 236 que acopla los diversos componentes del sistema. El sistema de computación 200 típicamente incluye una variedad de medios legibles por ordenador, incluyendo medios tanto volátiles como no volátiles, medios extraíbles y no extraíbles. La memoria de la computadora puede incluir, pero no se limita a, RAM, ROM, EPROM, EEPROM, memoria flash, u otra tecnología de memoria, CD-ROM, DVD, u otro almacenamiento de discos ópticos, discos magnéticos, o cualquier otro medio que puede utilizarse para almacenar la información deseada y que se puede acceder por el sistema de computación. Un usuario puede introducir comandos e información en el sistema de computación a través de dispositivos de entrada tal como un teclado 244, un ratón 246, u otra interfaces. Un monitor 254 u otro tipo de dispositivo de visualización puede también conectarse al bus del sistema a través de la interfaz 252. El monitor 254 también puede ser integrado con un panel de pantalla táctil o similar. El sistema de cómputo puede funcionar en un entorno de red mediante conexiones lógicas a uno o varios equipos remotos. El sistema informático remoto puede ser un ordenador personal, un servidor, un enrutador, una PC de red, un dispositivo par u otro nodo de red común, y normalmente incluye muchos o todos los elementos descritos anteriormente en relación con el sistema de cómputo.

Un dispositivo de cómputo tal como el que se muestra en la figura 11 puede utilizarse para implementar varias partes del software de la presente invención.

Un sistema centralizado de vigilancia y control se muestra en las capturas de pantalla que se dan en las figuras 12-22. Este sistema centralizado interactúa con los diversos componentes del sistema (tal como, por ejemplo, el generador, el volante UPS, los rodamientos, el equipo de regulación y conmutación, etc.) utilizando sus protocolos dispares, agrupa los datos y presenta una interfaz unificada de monitoreo y control al cliente. Además de interactuar con los componentes del sistema de energía continua, el sistema de monitoreo y control centralizado puede también interactuar con diversos sistemas específicos del sitio (por ejemplo, supresión de fuego, seguridad, controles ambientales, HVAC, sistemas de aire comprimido, etc.). El sistema de monitoreo y control centralizado puede comunicarse con componentes utilizando cualesquier protocolo que requieren los componentes, por ejemplo odbus, Profibus, OPC o cualesquier otro protocolo.

En adición a la realización de pruebas de diagnóstico en los distintos componentes, la interfaz computarizada puede además indicar los intervalos de mantenimiento, los cuales pueden ser ya sea predeterminados o calculados en base a los datos medidos de los componentes, la acumulación de tiempo de ejecución, o algoritmos predictivos.

Varias tecnologías de "aprendizaje", tal como redes neuronales, lógica difusa, algoritmos genéticos, etc., pueden emplearse ventajosamente para optimizar el rendimiento del sistema y para fines de diagnóstico y mantenimiento. Esto puede llevar a un rendimiento financiero optimizado, así como facilitar la repetición o instalaciones/actualizaciones/reem plazos del hardware "caliente".

El nivel de supervisión y control proporcionado por este tipo de sistema puede optimizar el inicio y la sincronización del generador a la UPS (como se describe con más detalle a continuación), acortando la cantidad de tiempo necesario para cambiar a la potencia del generador y en algunos casos eliminando la necesidad de baterías para arrancar el generador. También puede optimizar el control del interruptor para minimizar el impacto de eventos transitorios y limitar la tensión en todos los componentes. En instalaciones que utilizan múltiples sistemas paralelos de energía continua contenerizada, también puede mejorar la coordinación entre contenedores, reduciendo el tiempo de transición entre las fuentes de energía.

El sistema de monitoreo y control puede también ayudar a prevenir interrupciones accidentales o negligentes. Por ejemplo, a veces es útil durante el funcionamiento normal de la red eléctrica sacar el UPS del circuito para pruebas o mantenimiento; esto se conoce como modo de derivación (bypass) de la UPS en mantenimiento. Sin embargo, en sistemas manuales, es posible cortar accidentalmente energía a la carga crítica dando vuelta a los interruptores en el orden equivocado al entrar o salir del modo de derivación de mantenimiento. El sistema de monitoreo y control aquí descrito alivia este problema administrando automáticamente la transición y asegurando que todos los interruptores estén en el estado correcto antes de entrar o salir del modo de derivación.

En algunas modalidades, el aspecto de supervisión del sistema de monitoreo y control se hace accesible remotamente, por ejemplo por módem con una línea de teléfono. El aspecto de control puede también hacerse disponible remotamente, pero esto es en algunos casos que sean demasiado considerados como una preocupación de seguridad, entonces el control está restringido a personal in-situ sólo en dichos casos. El sistema aquí descrito permite a una persona acceder a través de un módem y ver información del estado a través de, por ejemplo, una interfaz de página web. Sin embargo, este sistema puede estar completamente aislado de ambos, ya sea del aspecto de control y el de la red interna del cliente. Preocupaciones de seguridad dictan esta partición.

La figura 24 muestra un diagrama de flujo de una modalidad de la lógica de control que puede utilizarse en la presente invención. El diagrama de flujo comienza en una etapa 400, con funcionamiento normal cuando la energía de la red está disponible. El sistema está conectado a la red eléctrica a través de medios laterales del interruptor de transferencia automática. Se apaga el generador y el UPS proporciona energía limpia a la salida del sistema. Una salida independíente podrá entregar energía a cargas menos críticas de la red, a través del interruptor de transferencia automática. Estas cargas menos críticas también se denominan cargas de salto corto, ya que son permitidas para experimentar un salto corto en la energía. Un ejemplo de una carga de salto corto es un sistema de agua fría, que puede contener suficiente agua fría para aguantar interrupciones cortas en la energía. El sistema verifica continuamente que la energía de la red esté disponible y dentro de los límites predeterminados.

Cuando esta condición falla en la etapa 402, el UPS comienza a descargar y soporta la carga. En este momento, pueden abrirse los interruptores para el equipo de salto de corto para preservar la energía. Con el fin de evitar arrancar el generador innecesariamente, este estado puede persistir por una cantidad programable de tiempo o hasta que el UPS alcanza un nivel programable de energía almacenada.

Después de haber alcanzado ese criterio programable, un comando de arranque se envía al generador. El generador extrae energía, ya sea de las baterías o del UPS, y comienza el arranque. El sistema entonces monitorea el generador hasta que su salida se estabilice dentro de los límites predeterminados. En este punto, el equipo de regulación y conmutación abre el interruptor de la red pública y cierra el interruptor del generador, y el UPS comienza a alterar el ángulo de fase de su salida para sincronizar con la salida del generador. Cuando los dos están en fase, la carga puede ser transmitida al generador. Para evitar cualesquier discontinuidad en la potencia de salida, la carga crítica puede ser transmitida de manera continua durante un breve período en lugar de ser instantáneamente.

Una vez que todas las cargas críticas son transmitidas al generador, los interruptores de salto corto pueden cerrarse. El generador está entonces impulsando todas las cargas, y esta situación puede persistir durante tanto tiempo como sea necesario. El sistema monitorea la conexión de la red pública para una restauración de la red de distribución.

En la etapa 404, la red de distribución ha sido devuelta, y el interruptor de transferencia automática espera una cantidad programable de tiempo para asegurar que el suministro sea estable.

El proceso de transición de vuelta hacia la red de distribución varía según los requisitos de la jurisdicción y de la compañía eléctrica. Esta es una opción seleccionada por el usuario, basado en las circunstancias de la instalación. Una "salto de transferencia" se utiliza cuando no es conveniente tener la red de distribución conectada en paralelo con el generador, y un "No-salto de transferencia" se utiliza cuando es aceptable tenerlos conectados en paralelo.

En un "salto de transferencia", el interruptor de transferencia automática abre primero el interruptor del generador en la etapa 406 y luego cierra el interruptor de la red de distribución. El UPS sincroniza la fase con la red de distribución, y entonces comienza a funcionar desde la red de distribución. El generador puede ser enfriado y apagado en paralelo con este proceso.

En un "No-salto de transferencia", el generador no necesita estar aislado de la red de distribución. Una vez que el interruptor de transferencia automática ha clasificado el retorno de la red de distribución, sincroniza el generador a la red de distribución en la etapa 408 y luego se cierra el interruptor de la red de distribución. El interruptor de transferencia automática, a continuación, abre el interruptor de generador, el generador es enfriado y apagado, y el sistema vuelve a su funcionamiento normal en la etapa 400.

En cualquier situación, un retardo incorporado (típicamente del orden de 5 minutos) también puede prevenir la transición de vuelta a la red de distribución hasta que el generador haya alcanzado su temperatura de operación nominal. Esto ayuda a lograr un uso económico del generador.

El proceso completo puede ser monitoreado desde el sistema de control y monitoreo centralizado. Condiciones de estado, los valores medidos, y eventos que pueden verse desde cada uno de los dispositivos en todo el sistema de energía continua, tales como: el volante UPS, el interruptor de transferencia automática, el generador, el tablero de distribución para las cargas crítica y de salto corto, el banco de baterías, motor redundante de arranque del dispositivo para arrancar desde la potencia del UPS, dispositivos de medición de temperatura, y dispositivos de control ambiental.

La figura 23 muestra una gráfica del generador RPM (f) contra el tiempo (t) para ilustrar dos diferentes modalidades del interruptor de transferencia automática, el cual se utiliza para la transición de las cargas críticas y menos críticas de falla desde la fallida red de distribución a la energía del generador. (Las fluctuaciones de frecuencia y delimitaciones de tiempo no necesariamente se muestran a escala, pero aparecen para facilitar la exposición.) En el tiempo t = 0, el generador recibe la señal para comenzar. En algunas modalidades, el generador consumirá energía del arranque de un banco de baterías, y en el caso de que una batería falle, puede tomar energía del propio UPS. En otras modalidades, las baterías pueden ser eliminadas completamente, y el generador puede simplemente depender del UPS para iniciar la alimentación.

La gráfica en la figura 23 comienza después de que ha fallado la red de distribución, y se han abierto los interruptores a todas las cargas menos críticas (o de salto corto).

Desde t = 0 a t = ti , las RPM del generador fluctúan con respecto a que el regulador buscará su frecuencia nominal (en algunos modalidades, esto es 1800 RPM para países de 60 Hz países y 1500 RPM para países de 50 Hz). Esto puede tardar varios segundos, durante los cuales el UPS descarga y suministra la carga crítica. Una vez que el generador alcanza su frecuencia nominal, el interruptor de transferencia automática abre el interruptor de la red pública y cierra el interruptor del generador. El UPS entonces comienza a igualar con la fase del generador en el tiempo t = t1 ; la coincidencia de fase finaliza en el tiempo t = t2. El UPS puede comenzar entonces la transición de la carga crítica al generador. En el tiempo t = t3, todas las cargas críticas han sido transmitidas al generador, y los interruptores pueden ser cerrados a las cargas críticas. Este proceso puede tardar del orden de 12 segundos desde el momento en que el generador arranca hasta el momento en que las cargas críticas han sido transmitidas completamente. Una vez que la carga crítica es transmitida, se cierran los interruptores de salto corto, y el generador suministra energía a todas las cargas críticas y menos críticas.

Otra modalidad del interruptor de transferencia automática puede ser útil para transmitir más rápidamente la energía al generador. En esta modalidad, tan pronto como el generador empieza (esencialmente en t = 0 o poco después), el interruptor de transferencia automática cierra el interruptor del generador en lugar de esperar a que el generador alcance su frecuencia nominal. Para hacer esto seguro, todos los motores y otros dispositivos que no pueden soportar las fluctuaciones de frecuencia se deben conectar a los interruptores de salto corto, y así ya se desconectan y no quedan expuestos a las fluctuaciones de frecuencia.

En lugar de esperar a que el generador alcance su frecuencia nominal, el UPS inicia previamente a igualar o hacer coincidir la fase en esta modalidad. El umbral exacto para iniciar la coincidencia es ajustable, pero se ha encontrado que una ventana de +/- 30% del voltaje nominal y +/- 3 Hz de frecuencia es aceptable, se muestra como el tiempo t = T1 en la figura 23.

En el tiempo t = T2, la coincidencia de fase se ha completado, y en el tiempo t = T3, la carga crítica ha sido transmitida al generador de energía y los interruptores de salto corto pueden estar cerrados. Esta modalidad reduce significativamente el tiempo requerido para la transición del UPS al generador.

Esta transición rápida puede permitir el uso de un UPS más pequeño en un sistema dado, ya que podría soportar para ser descargado más rápidamente y todavía transmitir al generador antes de que fuese totalmente descargado. Esto puede permitir ahorros tanto económicos como de espacio, permitiendo más espacio en un contenedor para otros componentes.

Las figuras 25-28 muestran diagramas esquemáticos de alto nivel de varias posibles modalidades de la presente invención.

En la figura 25, las siguientes dos tablas resumen las conexiones y los dispositivos mostrados: Las dos siguientes tablas resumen los dispositivos y conexiones mostradas en la figura : Las dos siguientes tablas resumen los dispositivos y conexiones mostradas en la figura 27: Las dos siguientes tablas resumen los dispositivos y conexiones mostradas en la figura 28: Estas tablas y las correspondientes figuras demuestran la modularidad y extensibilidad del sistema de energía continua de la presente invención; sin embargo, un experto en la materia reconocerá que estos son simplemente ejemplos de ciertas configuraciones, y que esta invención abarca mucho más que estos ejemplos específicos.

La descripción anterior de modalidades ilustrativas se proporciona para permitir a un experto en la materia hacer y usar la materia divulgada. Diversas modificaciones a estas modalidades serán aparentes para aquellos expertos en la materia, y los principios genéricos definidos en este documento pueden aplicarse a otras modalidades sin el uso de la facultad innovadora.

Claims (20)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un contenedor que comprende: una pluralidad de fuentes de energía, dicha pluralidad de fuentes de energía comprende: - un generador para suministrar energía continua a largo plazo, que adicionalmente comprende un depósito de combustible conectado a dicho generador para suministrar combustible a dicho generador; y - para suministrar energía a corto plazo comprende un volante de inercia basado en UPS; un interruptor de transferencia automática para seleccionar automáticamente entre dicha pluralidad de fuentes de energía y una fuente de energía de la red pública de distribución, y una interfaz computarizada capaz de comunicarse con dicho generador, dicho suministro de energía a corto plazo, y dicho interruptor de transferencia automática, dicha interfaz computarizada además es capaz de presentar una interfaz unificada de monitoreo y control a un usuario, en donde dicho contenedor es capaz de ser entregado en un lugar de instalación en una disposición configurada e implementado de forma relativamente rápida, y en donde dicha pluralidad de fuentes de energía, dicho interruptor de transferencia automática, y dicha interfaz computarizada son capaces de ser sometidos a pruebas preliminares en un lugar de fabricación antes de dicha entrega.

2. El contendor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque adicionalmente comprende una batería para arrancar dicho generador.

3. El contenedor de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque adicionalmente comprende un convertidor DC/AC acoplado entre dicho suministro de energía a corto plazo y dicho generador, dicho convertidor DC/AC es operable como un dispositivo para arrancar el generador de respaldo.

4. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque adicionalmente comprende un convertidor DC/AC acoplado entre dicho suministro a corto plazo y dicho generador, dicho convertidor DC/AC es operable como un único dispositivo de arranque del generador.

5. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada es operable a través de un medio de comunicación fuera de las instalaciones.

6. El contenedor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicho medio de comunicación fuera de las instalaciones comprende un módem telefónico.

7. El contenedor de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque dicha interfaz computarizada proporciona una interfaz basada en la web cuando se opera a través de dicho módem telefónico.

8. El contenedor de conformidad con a reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada está además en comunicación con un sistema de supresión de fuego, un sistema de seguridad, o un sistema de control ambiental.

9. El contenedor de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque dicho sistema de control ambiental comprende un suministro de agua fría, un enfriador de agua, o un sistema HVAC.

10. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada además está en comunicación con por lo menos uno de un centro de datos conteneirzado, una cámara de vídeo, un sistema de supervisión de construcción, y un sistema de suministro de combustible o productos químicos.

11. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada es operable para optimizar el rendimiento del sistema basado en una tecnología de aprendizaje.

12. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho interruptor de transferencia automática además comprende: un primer interruptor acoplado a una carga crítica; y un segundo interruptor acoplado a una carga menos crítica; dicho segundo interruptor es capaz de desconectar automáticamente dicha carga menos crítica durante una interrupción de la red de suministro.

13. El contenedor de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque dicho segundo interruptor es además capaz de volver a conectar automáticamente dicha carga menos crítica cuando dicha carga crítica se ha transmitido a dicho generador.

14. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho interruptor de transferencia automática es capaz de transmitir del generador a la red de distribución de acuerdo con un salto en la transferencia o un no-salto en la transferencia.

15. El contenedor de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque una decisión entre dicho salto de transferencia y no-salto de transferencia es una decisión seleccionable por el usuario.

16. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho interruptor de transferencia automática es operable para detectar una condición en donde dicho generador ha alcanzado una frecuencia nominal y una tensión nominal, y después de que dicha condición se ha alcanzado dicho interruptor de transferencia automática es operable para cerrar un interruptor del generador y permitir la coincidencia de la fase entre dicho generador y dicho suministro de energía de corto plazo.

17. El contendor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho interruptor de transferencia automática es operable para detectar una condición en donde dicho generador ha alcanzado una ventana alrededor de una frecuencia nominal y una ventana alrededor de una tensión nominal, y después de que dicha condición se ha alcanzado dicho interruptor de transferencia automática es operable para cerrar un interruptor del generador y permitir la coincidencia de la fase entre dicho generador y dicho suministro de energía de corto plazo.

18. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada permite a usuario realizar comprobaciones de diagnóstico en al menos un sistema monitoreado.

19. El contenedor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada permite a dicho usuario realizar pruebas en al menos un sistema monitoreado.

20. El contendor de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha interfaz computarizada es capaz de proporcionar una notificación a dicho usuario a través de mensaje de texto o de correo electrónico.