Un sistema de distribución de potencia que comprende:

un primer sistema de distribución de servicio que incluye:

un primer cuadro (16) de distribución que incluye aparamenta eléctrica de protección con contactos, y

una primera barra (25) colectora de distribución de cc conectada al primer cuadro (16) de distribución para llevar una tensión de distribución y una corriente de distribución;

un primer sistema de generación de potencia que incluye una primera fuente (13, 14) de potencia y un primer convertidor (15) de potencia para suministrar potencia al primer sistema de distribución de servicio, estando conectada la primera fuente (13, 14) de potencia al primer cuadro (16) de distribución mediante el primer convertidor (15) de potencia;

un subsistema de distribución de potencia zonal que incluye:

una unidad (23) de suministro de potencia zonal para suministrar potencia a una primera carga eléctrica, y

un almacenamiento (22) de energía zonal conectado al primer cuadro (16) de distribución mediante un segundo convertidor (21) de potencia y a la unidad (23) de suministro de potencia zonal, suministrando el almacenamiento (22) de energía zonal potencia a la unidad (23) de suministro de potencia zonal; y

una segunda carga (5, 6) eléctrica conectada al primer cuadro (16) de distribución mediante un tercer convertidor (4) de potencia;

en el que el primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia se regula según una característica de regresión y estabilización de fuente de potencia y una característica de inicio de fuente de potencia, y en el que el tercer convertidor (4) de potencia que conecta la segunda carga (5, 6) eléctrica al primer cuadro (16) de distribución se regula según una característica de desconexión de carga y estabilización;

en el que la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia incluye regular la tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de modo que:

el flujo de corriente es unidireccional;

una tensión de salida de estado estacionario es la suma de un valor de referencia de tensión de barra colectora de descarga y una componente de disminución de estado estacionario que es proporcional a la corriente de carga de modo que la tensión de salida de estado estacionario es según una línea de carga de estado estacionario;

la corriente de estado estacionario se limita a un nivel particular;

si la corriente de carga supera de manera transitoria el límite de corriente de estado estacionario y se acerca, aunque no supera, un nivel límite de corriente transitoria particular, la tensión de salida se reducirá de manera transitoria con respecto a la línea de carga de estado estacionario y se recuperará a la línea de carga de estado estacionario cuando la corriente de estado estacionario se reduzca por debajo del límite de corriente de estado estacionario; y

si la corriente de carga supera de manera continua el límite de corriente de estado estacionario, o supera el nivel límite de corriente transitoria particular, se aplica regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo;

caracterizado porque se hace que los contactos de la aparamenta eléctrica de protección se abran sólo cuando la tensión de distribución y la corriente de distribución se han reducido a niveles aceptables por la interacción de la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia con uno de (a) una fuga que causa que una impedancia excesivamente baja se conecte a través de la tensión de distribución, (b) una instrucción de interactivación prioritaria que se genera automáticamente dentro del sistema de distribución de potencia, (c) una instrucción de interactivación prioritaria que se genera manualmente dentro del sistema de distribución de potencia, y (d) una instrucción de interactivación prioritaria que se genera de manera remota; y

en el que se hace que los contactos de la aparamenta eléctrica de protección se cierren sólo cuando la polaridad de la tensión a través de los contactos sea tal que cualquier corriente transitoria o de entrada esté restringida por uno de (a) la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia y la característica de inicio de fuente de potencia, y (b) la característica de desconexión de carga y estabilización; y

en el que la característica de regresión y estabilización de fuente de potencia incluye además regular la tensión de salida y la corriente de salida del primer convertidor (15) de potencia del primer sistema de generación de potencia de modo que:

las variaciones de corriente de carga transitorias alrededor de un punto de carga de estado estacionario causan que la tensión de salida siga una línea de carga transitoria cuyo gradiente es menor que el gradiente de la línea de carga de estado estacionario;

cuando se aplica regresión de modo que la tensión de salida y la corriente de salida se reducen a cero o aproximadamente a cero según un proceso regenerativo, la tensión de salida y la corriente de salida permanecen a cero o aproximadamente a cero hasta que la impedancia de carga ha aumentado por encima de un nivel particular; y

si la impedancia de carga aumenta por encima del nivel particular entonces la tensión de carga se recupera inicialmente de manera parcial y a continuación se eleva hasta un punto operativo deseado

Sistema de distribución de potencia de cc.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un sistema de distribución de potencia, y en particular a un sistema de distribución de potencia "inteligente" que puede usarse para sistemas de propulsión y potencia navales. El sistema de distribución de potencia permite a un sistema de propulsión y potencia naval conseguir densidad de potencia, eficacia y estabilidad máxima y facilita inserciones de tecnología futura por medio de un enfoque modular e interfaces estándar.

Antecedentes de la técnica

En sistemas de propulsión y potencia navales convencionales que emplean propulsión completamente eléctrica (FEP), se usa discriminación de magnitud-tiempo de corriente de fuga para permitir a la aparamenta eléctrica de protección interrumpir fugas de sobrecorriente, en particular, subcircuitos al tiempo que causa la mínima disrupción práctica a los demás subcircuitos. Se dice que tales sistemas FEP emplean el "principio de estación de potencia" en el que el objetivo es adaptar la capacidad de generación de potencia que está en línea en cualquier momento particular a la carga total que se toma en ese momento. Esto tiene el efecto de maximizar la eficacia del combustible. La configuración de tales sistemas FEP normalmente se automatiza hasta cierto punto por un sistema de gestión de potencia con la capacidad de desconectar carga e iniciar generadores de manera priorizada. La corriente alterna se distribuye a través de los sistemas FEP a media tensión (MT) para mantener la compatibilidad con sistemas terrestres.

Un ejemplo de un sistema FEP convencional se muestra en la figura 1. Una serie de turbinas T y motores diésel D se usan para alimentar generadores G individuales. Estos suministran potencia de ca al sistema FEP a través de un sistema de barra colectora de ca de media tensión (MT) que está equipado con aparamenta eléctrica de protección. La aparamenta eléctrica de protección comprende interruptores y controles asociados y se representa en la figura 1 mediante el símbolo x. Se usan convertidores de potencia PC para interconectar el sistema de barra colectora de ca de MT a un motor de propulsión PM eléctrico que acciona una hélice. También se conectan filtros F al sistema de barra colectora de ca de MT. El sistema de barra colectora de ca de MT se divide en una primera barra colectora de ca de MT y una segunda barra colectora de ca de MT que se interconectan mediante aparamenta eléctrica de protección. Una primera barra colectora de ca de baja tensión (BT) se conecta a la primera barra colectora de ca de MT a través de un primer transformador. Una segundo barra colectora de ca de BT se conecta a la segunda barra colectora de ca de MT a través de un segundo transformador. Las barras colectoras de ca de BT primera y segunda se interconectan mediante aparamenta eléctrica de protección. Una serie de cargas mayores y menores no especificadas pueden conectarse a las barras colectoras de ca de BT primera y segunda, respectivamente. Quedará claro a partir de la figura 1 que las cargas menores se conectan a las barras colectoras de ca de BT primera y segunda a través de las barras colectoras de ca de BT primera y segunda menores.

Seis niveles de discriminación de magnitud-tiempo del sistema FEP se muestran a lo largo del lado derecho de la figura 1. La aparamenta eléctrica de protección se representa mediante el símbolo x en cada uno de los niveles de discriminación. Por ejemplo, en el nivel de discriminación 6 la aparamenta eléctrica de protección se ubica entre la barra colectora de ca de MT y cada uno de los generadores G. En el nivel de discriminación 5 la aparamenta eléctrica de protección se ubica entre la barra colectora de ca de MT y cada uno de los filtros F y entre la barra colectora de ca de MT y cada uno de los convertidores de potencia PC. La aparamenta eléctrica de protección se ubica entre la barra colectora de ca de MT y cada uno de los transformadores que se usan para conectar las barras colectoras de ca de MT primera y segunda a las barras colectoras de ca de BT primera y segunda, respectivamente. En el nivel de discriminación 4 la aparamenta eléctrica de protección se ubica entre cada uno de los transformadores y las barras colectoras de ca de BT respectivas. En el nivel de discriminación 3 la aparamenta eléctrica de protección se ubica entre las barras colectoras de ca de BT primera y segunda y cada una de las cargas grandes y entre cada una de las respectivas alimentaciones a las barras colectoras de ca de BT menores. En el nivel de discriminación 2, la aparamenta eléctrica de protección adicional se ubica entre las barras colectoras de ca de BT primera y segunda y las partes asociadas de las barras colectoras de ca de BT menores. En el nivel de discriminación 1 la aparamenta eléctrica de protección se ubica entre las barras colectoras de ca de BT menores y cada una de las cargas menores.

Un cortocircuito en cualquier nivel de discriminación particular del sistema FEP debe activar la aparamenta eléctrica de protección asociada en ese nivel pero no debe causar que se active ninguna otra aparamenta eléctrica de protección. Los niveles protectores de corriente de fuga se determinan en su totalidad mediante impedancia de suministro y la aparamenta eléctrica de protección sólo puede interrumpir la corriente de fuga (es decir, la corriente que fluye en el sistema FEP durante una fuga) mucho después de que haya pasado la corriente de fuga pico. Por tanto, la corriente de fuga normalmente sólo se interrumpe al invertirse, o poco después de que se invierta, la corriente de línea.

El sistema FEP convencional mostrado en la figura 1 tiene las siguientes desventajas técnicas.

La magnitud de la corriente de fuga se ve influida por el número y el tipo de generadores G que están en línea en un punto particular de acoplamiento común; cuanto más baja sea la impedancia de generador combinada mayor será la corriente de fuga. Se producen amplias variaciones en la posible corriente de fuga y la configuración del equipo de protección puede tener que poder ajustarse de manera continua para garantizar la discriminación de fuga.

La magnitud de la corriente de fuga aumenta a medida que la tensión de distribución (es decir, la tensión que llevan las diversas barras colectoras de ca en el sistema FEP) se reduce. A medida que aumenta el régimen de potencia instalada total y/o se reduce la tensión de distribución, la corriente de fuga resultante puede superar la capacidad de la aparamenta eléctrica de protección disponible. Puede ser que los sistemas de distribución de potencia de media tensión tengan que recurrir al uso de transformadores de reducción de carga y sistemas de aislamiento especializados con el fin de permitir el uso de una tensión de distribución lo suficientemente alta para superar las limitaciones de la aparamenta eléctrica de protección.

Las características de los generadores G pueden variar ampliamente en cuanto a dependencia del tiempo y magnitudes pico de componentes de ca y cc para ayudar a la compartición de carga. (Se diseñan reguladores de tensión automáticos (AVR) para ayudar a la compartición de carga.) Además, estas características se ven fuertemente influidas por el tipo de motores principales (motor diésel D o turbina T, por ejemplo) acoplado al generador y sus respuestas controladas por acoplamiento y reguladas resultantes pueden estar sujetas a disparidades significativas. Cuando un grupo de generadores G se conecta a un punto de acoplamiento común entonces las disparidades a menudo se vuelven problemáticas, particularmente durante la conmutación de circuitos pasivos tales como filtros y transformadores y durante transitorios de carga.

El sistema FEP a menudo se divide en múltiples puntos de acoplamiento común que a menudo se denominan "islas". Todas las islas pueden conectarse entre sí en paralelo para dar una disposición de una única isla (por ejemplo, para accionamiento de un solo motor) o pueden separarse para proporcionar redundancia y tolerancia a los fallos de capacidad tras fallos de equipo. La sincronización y la transferencia de carga entre islas individuales es complicada, particularmente cuando tienen diferentes grados de contaminación por armónicos y cuando las disparidades mencionadas anteriormente están presentes. La potencia propulsora normalmente se toma de las islas en un sistema de distribución de propulsión (PDS) y otras cargas pueden alimentarse mediante islas en un sistema de distribución de servicio de barco (SSDS) cuya potencia habitualmente se deriva del PDS. La discriminación protectora y la calidad del suministro de...

1. Un sistema de distribución de potencia que comprende:

un primer sistema de distribución de servicio que incluye: