DISPOSITIVO PARA LA ALIMENTACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A UNA RED DE DISTRIBUCIÓN DE ENERGÍA Y CONVERTIDOR DE CC A CC PARA UN DISPOSITIVO DE ESTE TIPO.

Dispositivo para la alimentación de energía eléctri- ca a una red de distribución de energía (8),

comprendiendo un convertidor CC - CC (2) destinado a la conexión con un generador de tensión continua (1) y, conectado al converti- dor CC - CC (2) destinado a la conexión a una red de distri- bución de energía (8) un inversor (3) que comprende un cir- cuito intermedio de tensión bipolar con dos condensadores (C1, C2) conectados en serie uno con el otro en una puesta a tierra (E3) a conectar con una conexión del generador de tensión continua (1), presentando el convertidor CC - CC (2) al menos dos diodos (D3, D4), un interruptor y una inductan- cia de almacenamiento (16) que, con el interruptor cerrado, es cargada por medio del generador de tensión continua (1) y, con el interruptor abierto, es descargada a través de los condensadores (C1, C2) y los diodos (D3, D4), caracterizado porque la inductancia de almacenamiento (16) forma, por un lado, con dos interruptores (S3, S4), dispuestos en serie a ambos lados de la inductancia de almacenamiento, un primer circuito eléctrico destinado a la carga de la inductancia de almacenamiento (16) que, mediante el cierre de los interrup- tores (S3, S4), está conectado al generador de tensión con- tinua (1) mientras que, al mismo tiempo, los diodos blo- queantes (D3, D4) desacoplan, potencialmente, la inductancia de almacenamiento (16) del inversor (3) y, por otro lado, la inductancia de almacenamiento (16) con ambos diodos (D3, D4) y ambos condensadores (C1, C2) está dispuesta en un segundo circuito eléctrico, destinado a la descarga simultánea de la inductancia de almacenamiento (16) a través de ambos conden- sadores (C1, C2) y diodos (D3, D4), activado por la apertura de los interruptores (S3, S4), de modo que al descargar la inductancia de almacenamiento (16) el generador de tensión continua (1) está conectado, exclusivamente, en forma galvá- nica con el inversor (3), a través de un conductor a tierra (19, 20, 21) conectado a una conexión a tierra (E3)

La invención se refiere a un dispositivo de la clase indicada en el preámbulo de la reivindicación 1 y un convertidor CC - CC apropiado.

Para la alimentación de energía eléctrica producida por generadores de tensión continua, como, por ejemplo, instalaciones de células fotovoltaicas o pilas de combustible, a una red de corriente alterna, en particular la red pública de distribución de energía (50/60 hz), se usan inversores del tipo más variado. Entre el generador de tensión continua y el inversor está dispuesto, en la mayoría de los casos, un convertidor CC – CC (accionador CC – CC), que sirve al propósito de convertir la corriente continua suministrada por el generador de tensión continua en una corriente continua necesaria para el inversor o adaptada al mismo.

Por diversos motivos es deseable conectar a tierra una de las salidas del generador de tensión continua. El motivo para la puesta a tierra deseada consiste, por un lado, en que existen países en los que una puesta a tierra de este tipo es obligatoria. Por otra parte, con la falta de una puesta a tierra se producen, en operaciones, diferentes desventajas. A ellas pertenece, entre otros, el problema de las corrientes de fuga de alta frecuencia. Debido a las capacidades parasitarias inevitables entre el generador de tensión continua y tierra, en variaciones de potencial pueden producirse corrientes de compensación considerables, que representan un riesgo de seguridad intolerables y hacen necesarias medidas de control costosas para la protección contra contacto accidental o para la producción de la compatibilidad electromagnética con la ayuda de sensores de corriente de fallo o semejante, que sólo pueden evitarse con deguridad por medio de una puesta a tierra. Además, es conocido que los generadores fotovoltaícos se comportan de modo muy diferente respecto de la degradación, en función de la tecnología con la que han sido fabricados. Los generadores con células cristalinas o policristalinas o determinados módulos de película delgada son puestos a tierra, preferentemente, por medio de la conexión negativa, mientras que las células de contacto posterior son puestas a tierra, preferentemente, en la conexión positiva.

Una puesta a tierra del tipo descrito, mediante la que podrían evitarse los inconvenientes mencionados, son posibles sin problemas cuando se usan convertidores CC - CC con transformadores, que producen una separación galvánica del lado de corriente continua del lado de corriente alterna. Sin embargo, independientemente de si se han usado transformadores principales o transformadores de alta frecuencia, los transformadores resultan, entre otros, en una reducción del grado de eficiencia, en parte de pesos y tamaños constructivos considerables y/o en un considerable aumento adicional del control, lo cual es el motivo principal de la preferencia de convertidores de tensión sin transformadores. Sin embargo, las topologías habituales de convertidores CC CC sin transformadores hacen imposible la puesta a tierra deseada, debido a que producirían el cortocircuito de interruptores, capacidades o semejantes necesarios, o bien tienen por consecuencia un gasto incrementado en circuitos y otras desventajas.

Consecuentemente, ya han sido realizados múltiples ensayos para impedir por otros medios la aparición de las desventajas mencionadas. En particular, se conocen circuitos que sirven para el propósito de reducir las corrientes de fuga indeseados (por ejemplo DE 10 2004 037 446 A1, DE 102 21 592 A1, DE 10 2004 030 912 B3). En dichos circuitos, un generador solar es operado, por ejemplo, aislado de la red en ciertas fases del transporte interno de energía eléctrica.

Cuando el generador solar es reconectado periódicamente a la red, sus capacidades parásitas son reconvertidas sólo ligeramente, de modo que el potencial del generador solar cambia con la frecuencia de red, en forma sinusoidal y a una amplitud de tensión que corresponde a la mitad del voltaje de la red. Consecuentemente, las corrientes de alta frecuencia sólo se forman, a través de las menores diferencias de tensión del generador solar, entre dos ciclos de conmutación y por medio de las asimetrías al conmutar. De este modo, si bien las corrientes de fuga capacitivas pueden minimizarse considerablemente, no pueden, en principio, evitarse por completo.

Además, se conoce una disposición de circuito (DE 102 25 020 A1) que usa un generador solar dividido cuyo punto central está puesto a tierra. Como resultado, todas las partes del generador solar tienen un potencial fijo y, en principio, las corrientes de fuga capacitivas no pueden fluir. Debido a que ambas fuentes de corriente continua tienen diferentes rendimientos, se ha dispuesto, además, un circuito para la compensación de las diferencias de potencia y tensiones. En esta propuesta de circuito, la desventaja consiste en las diferencias de tensión elevadas en el generador solar y en los interruptores, en las pérdidas adicionales en el circuito de compensación y en el hecho de que se necesitan, como mínimo, cuatro interruptores pulsados por alta frecuencia.

Además de ello, ya se conocen disposiciones de circuitos mediante las que un generador solar puede ser puesto a tierra en forma unilateral, pese a la falta de un transformador. De este modo, las corrientes de fuga capacitiva son, en principio, evitadas. No obstante, en dichas disposiciones de circuitos (DE 196 42 522 C1) se necesitan cinco interruptores activos, conmutando uno o dos interruptores simultáneamente a alta frecuencia y debiendo poner a disposición la corriente media de salida. Consecuentemente, en este circuito, también denominado "flying inductor", el grado de eficiencia es perjudicado por el número elevado de elementos constructivos que, simultáneamente, participan en serie en el flujo de corriente. Otra desventaja en este circuito es que se imprimen en la red impulsos de corriente discontinuos que hacen necesario un filtro principal capacitivo que, por principio, debido a su propia necesidad de potencia reactiva empeoran el factor de potencia, pero también el grado de eficiencia del circuito en la zona de carga parcial. Si bien un filtro principal capacitivo de este tipo puede ser evitado por medio de otro circuito conocido (DE 197 32 218 C1), se necesitan para ello nueve interruptores activos, de los cuales, como mínimo, dos deben ser conmutados simultáneamente a altas frecuencias, de modo que los costes en términos de construcción son aumentados todavía más y, tanto la robustez como también el grado de eficiencia de todo el dispositivo sería influenciado negativamente. La topología de un flying inductor tiene, además, la desventaja de que la carga de tensión de los interruptores depende de la tensión de red, y es sensible respecto de fallos de red, y que, consecuentemente, puede ser operado solamente en el modo trifásico porque es usado de modo triple con la ayuda de tres inversores. Aparte de eso, se necesitan inversores de características de fuente de corriente, lo que resulta indeseable en muchos casos.

Finalmente, se conocen dispositivos (US 2007/0047277 A1) destinados a inversores con un circuito intermedio de tensión bipolar, que comprenden dos condensadores conectados en serie uno con el otro a una conexión a tierra. Inversores de este tipo, que son usados en la actualidad principalmente para los propósitos que interesan en este caso, pueden estar conformados como los así llamados inversores de semipuente, como inversores de semipuente en conexión de tres puntos y, conforme a la necesidad, como inversores para una alimentación de red mono o trifásica. En todos estos casos, el punto de conexión entre ambos condensadores forman una conexión a tierra, asignada al conductor cero o neutro de la red respectiva y conectada con el mismo.

0010] El convertidor CC -CC de este dispositivo conocido comprende una inductancia, dos diodos y un interruptor. En este caso, la conexión a tierra del inversor puede ser conectada con la salida negativa del generador de tensión continua. Ello es posibilitado por medio del uso de una inductancia de almacenamiento, compuesto de dos arrollamientos acoplados magnéticamente. Ambos arrollamientos de esta inductancia de almacenamiento están conectados galvánicamente entre sí en un extremo de modo tal que, por un lado, cuando el interruptor está cerrado, uno de los dos arrollamientos del generador de tensión continua y el otro arrollamiento es recargado a través del primer arrollamiento en virtud del acoplamiento magnético y, por otro lado, cuando el interruptor está abierto, ambos arrollamientos son descargados, en cada caso, a través...

1. Dispositivo para la alimentación de energía eléctrica a una red de distribución de energía (8), comprendiendo un convertidor CC -CC (2) destinado a la conexión con un generador de tensión continua (1) y, conectado al convertidor CC - CC (2) destinado a la conexión a una red de distribución de energía (8) un inversor (3) que comprende un circuito intermedio de tensión bipolar con dos condensadores (C1, C2) conectados en serie uno con el otro en una puesta a tierra (E3) a conectar con una conexión del generador de tensión continua (1), presentando el convertidor CC - CC (2) al menos dos diodos (D3, D4), un interruptor y una inductancia de almacenamiento (16) que, con el interruptor cerrado, es cargada por medio del generador de tensión continua (1) y, con el interruptor abierto, es descargada a través de los condensadores (C1, C2) y los diodos (D3, D4), caracterizado porque la inductancia de almacenamiento (16) forma, por un lado, con dos interruptores (S3, S4), dispuestos en serie a ambos lados de la inductancia de almacenamiento, un primer circuito eléctrico destinado a la carga de la inductancia de almacenamiento (16) que, mediante el cierre de los interruptores (S3, S4), está conectado al generador de tensión continua (1) mientras que, al mismo tiempo, los diodos bloqueantes (D3, D4) desacoplan, potencialmente, la inductancia de almacenamiento (16) del inversor (3) y, por otro lado, la inductancia de almacenamiento (16) con ambos diodos (D3, D4) y ambos condensadores (C1, C2) está dispuesta en un segundo circuito eléctrico, destinado a la descarga simultánea de la inductancia de almacenamiento (16) a través de ambos condensadores (C1, C2) y diodos (D3, D4), activado por la apertura

de los interruptores (S3, S4), de modo que al descargar la inductancia de almacenamiento (16) el generador de tensión continua (1) está conectado, exclusivamente, en forma galvánica con el inversor (3), a través de un conductor a tierra (19, 20, 21) conectado a una conexión a tierra (E3).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer circuito eléctrico es un circuito en serie, en el que la inductancia de almacenamiento (16) está dispuesta, elécricamente, entre los dos interruptores (S3, S4).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el segundo circuito eléctrico es un circuito en serie que conduce desde una primera conexión de la inductancia de almacenamiento (16) a una segunda conexión de la inductancia de almacenamiento (16), a través de un primer diodo (D3), los dos condensadores (C1, C2) y un segundo diodo (D4).

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la inductancia de almacenamiento (16) está dividida y presenta una toma de arrollamiento (23) conectada con uno de los dos interruptores (S3, S4) de modo tal, que sólo una primera parte (W11) de la inductancia de almacenamiento (16) determinada por dicha toma (23) se encuentra en el primer circuito eléctrico, mientras que en el segundo circuito está dispuesta una segunda parte (W11 + W12) de la inductancia de almacenamiento (16).

5. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la inductancia de almacenamiento (16) comprende un primer arrollamiento (W1) y un segundo arrollamiento (W2), estando dichos dos arrollamientos (W1, W2) acoplados, magnética y galvánicamente, uno con el otro, formando el primer

arrollamiento (W1) con los dos interruptores (S3, S4) el primer circuito eléctrico y ambos arrollamientos (W1, W2) se encuentran, en conjunto, en el segundo circuito eléctrico.

6. Dispositivo según la reivindicación 5, caracterizado porque el segundo circuito eléctrico es un circuito en serie que conduce desde una primera conexión del primer arrollamiento (W1) de retorno a una segunda conexión del primer arrollamiento (W1), a través del primer diodo (D3), los dos condensadores (C1, C2), un segundo diodo (D5), el segundo arrollamiento (W2) y un tercer diodo (D6).

7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el primer arrollamiento (W1) está dividido y presenta una toma de arrollamiento conectada con uno de los dos interruptores (S3, S4) de modo tal, que sólo una primera parte del primer arrollamiento determinada por dicha toma se encuentra en el primer circuito eléctrico, mientras que en el segundo circuito está dispuesta una segunda parte del primer arrollamiento.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizado porque los dos arrollamientos (W1, W2) están arrollados sobre un núcleo común (16).

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque los arrollamientos (W1, W2) están arrollados sobre el núcleo (16) en sentido de arrollamiento opuesto.

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque los dos arrollamientos (W1, W2) presentan el mismo número de espiras.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el convertidor CC – CC (2) está configurado como un componente (27) que presenta una plura

lidad de conexiones (12, 13, 28 a 31) configuradas como contactos de enchufe, por medio de las que, según la puesta a tierra deseada del generador de tensión continua (1), es conectable con las entradas asignadas del inversor (3).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el convertidor CC - CC (2) está dotado de un conductor a tierra (19, 20, 21) que conecta una entrada (10, 11) a conectar al generador de tensión continua

(1) con una salida (14) a conectar a la conexión a tierra (E3) del inversor (3).

13. Dispositivo según la reivindicación 12, caracterizado porque un elemento de control (32) para la detección de corrientes de fallo está conectado al conductor a tierra (19, 20, 21).

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el inversor (3) está configurado como un inversor que presenta un semipuente.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el inversor (3) está configurado como un inversor con un semipuente en conexión de tres puntos (figura 7).

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el inversor (3) está configurado como un inversor con un semipuente en conexión de tres puntos con punto central (figura 8).

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el inversor (3) está configurado para la alimentación mono o trifásica de energía eléctrica a la red de distribución (8) (figuras 2 a 6 o bien figura 7).

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el convertidor CC – CC (2) está combinado con el inversor (3) para formar una unidad constructiva.