Un método de explotación de una mini-red de servicio (20) independientemente de una red de servicio (10),

comprendiendo la mini-red de servicio (20) una o más fuentes de generación de energía (40, 42, 44, 46) y una o máscargas (50, 52, 54) conectadas a una barra colectora de distribución (24), que comprende las etapas de:supervisar al menos una de entre una frecuencia y una tensión de la potencia en la barra colectora de distribución (24),caracterizado por la etapa que consiste en:

suministrar un dispositivo de interconexión (30), que forma una conexión entre la red de servicio (10) y la mini-red deservicio (20) conectado a la barra colectora de distribución (24), comprendiendo el dispositivo de interconexión undispositivo de almacenamiento de energía (64), incluyendo el dispositivo de interconexión (30) el dispositivo dealmacenamiento de energía (64) que está configurado para absorber la potencia real de la barra colectora cuando lafrecuencia aumenta y para proporcionar la potencia real a la barra colectora cuando la frecuencia disminuye, con el fin demantener una estabilidad de frecuencia y un compensador de calidad de la energía (62) que permite absorber oproporcionar potencia reactiva con el fin de regular la tensión de la potencia en la barra colectora de distribución (24).

Método y dispositivo que permiten aislar intencionadamente fuentes de generación de energía distribuidas

Referencia cruzada a la solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de Estados Unidos número de serie 60/657.842 presentada el 1 de marzo de 2005.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método y un dispositivo para aislar intencionadamente una o más fuentes de generación de energía distribuidas, conectadas a una mini-red de servicio y más en particular, se refiere a un método y un dispositivo para desconectar una mini-red de servicio que incluye una o más fuentes de generación de energía distribuidas (DG) desde una red de servicio y para explotar independientemente la mini-red de servicio.

Antecedentes de la invención

La generación distribuida (DG) es el uso de las tecnologías de generación de energía situadas próximas a una o más cargas a las que sirve. Los recursos de energías distribuidas (DER) es otro término que describe el uso de una o más fuentes de DG y/o otros componentes que están interconectados con la red de servicio. Dicha interconexión implica el montaje de los diversos componentes de tal manera que satisfagan las exigencias operativas del proveedor de servicios públicos que explota la red de servicio en esa jurisdicción. Estas exigencias operativas incluyen normas de seguridad sobre equipos eléctricos y los reglamentos promulgados por el Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) y el Underwriters Laborator y (UL) . Por ejemplo, requisitos de interconexión para sistemas DER se estipulan en la norma de “Punto de Acoplamiento Común” (PCC) de IEEE 1547. A modo de otro ejemplo, el UL exige que cada fuente de DG, que se interconecta con la red de servicio, satisfaga individualmente los requisitos establecidos en la norma UL 1741.

La generación de energía distribuida se hace cada vez más común, a escala mundial, como fuentes de energías alternativas que se utilizan para generar energía eléctrica. En los Estados Unidos, la desregulación de los servicios públicos eléctricos ha influido en el desarrollo de fuentes de energías independientes, que están vinculadas a la red de servicio. Las fuentes de DG típicas incluyen generadores de turbinas, generadores/motores de combustión interna, microturbinas, turbinas de gas, paneles solares/fotovoltaicos, aerogeneradores, pilas de combustible, baterías, sistemas de almacenamiento del tipo de condensadores y sistemas de almacenamiento de energía mediante volantes. Los grupos de interés de DG incluyen empresas proveedoras de energía, proveedores de equipos, reguladores, usuarios de la energía y entidades financieras y de soporte técnico.

Ejemplos de generación de energía distribuida incluyen un hospital que utiliza un motor alternativo para energía de reserva o para permitir hacer frente a los consumos máximos, un fabricante de circuitos integrados para ordenadores que utiliza una pila de combustible y que utiliza fuentes de DG para garantizar una calidad de energía adecuada, una planta química que utiliza una turbina de combustión y fuentes residenciales tales como paneles fotovoltaicos, baterías y pilas de combustible. Las aplicaciones de DG comunes incluyen dispositivos de reducción de carga, energía de reserva, satisfacción de la máxima demanda, medición neta, paneles solares residenciales, en combinación con calor (CHP) , soporte de red de distribución, energía primaria, sistemas de islas y de agricultura a distancia. Las configuraciones comunes incluyen sistemas híbridos, independientes de la red de servicio o conectados a la red de servicio y mini-red de servicio.

Los sistemas de DG pueden proporcionar varias ventajas, dependiendo del sistema particular, incluyendo, sin limitación, mayor fiabilidad, soluciones personalizadas, capacidad de suministro de energía de alta calidad, ahorros cuando se combinan con calor (CHP) , cargas de demanda reducidas, energía en condiciones remotas y en islas, ventaja medioambiental si se utilizan recursos renovables e independencia de la energía.

Sin embargo, los sistemas de DG actuales tienen varias limitaciones, por ejemplo, pequeñas redes de servicio no suelen disponer de mucha carga o generación, por término medio, y necesitan más estabilización de tensión y de frecuencia, en el orden de magnitud de 10-20%, en comparación con la mayoría de las redes de servicio que requieren un ajuste del 12% para la estabilización de la tensión y de la frecuencia. Además, las fuentes de DG tienden a no seguir adecuadamente las cargas. Las pilas de combustible, los aerogeneradores, las microturbinas y las fuentes de gas natural son alternativas, pero requieren la existencia de importantes entidades operativas VARs y/o almacenamiento de energía sensible a la demanda. Otras limitaciones técnicas incluyen la falta de una norma única para la comunicación con los sistemas de DG, la necesidad de reservas, el denominado arranque en negro y sobrecargas así como conflictos entre sistemas anti-islas.

Los problemas de interconexión afectan a los servicios y usuarios de DG. El usuario de DG desearía recibir soporte de tensión, regulación de la frecuencia y reserva desde la red de servicio, pero con frecuencia, está sometido a cargas importantes simplemente para recibir VARs “gratuitos”. Además, las normas de control para sistemas híbridos pueden ser difíciles de seguir para el usuario de DG. Por el contrario, las empresas de servicios públicos reciben una alta

demanda de VARs, que se generan a expensas de las ventas de energías reales, las empresas de servicios públicos también están preocupadas por las cuestiones de seguridad y establecimiento de islas operativas, la variabilidad de la potencia neta, la comunicación, tasas de establecimiento y la no recepción de alivio de congestión si se requiere energía de reserva. Aunque los usuarios de DG requieren una conexión a la red de servicio, los operadores de servicios públicos consideran a DG como una carga.

Los consumidores comerciales de servicios y los grandes clientes residenciales que soportan cargas importantes, suelen mantener una conexión primaria con la red de servicio pero, a veces, utilizan fuentes de generación de energía de reserva para prestar servicio a sus cargas en el caso de una disrupción en el suministro de energía. Dichos consumidores pueden conectarse a la red de servicio en una de dos disposiciones básicas: una disposición unidireccional tradicional y una disposición bidireccional. En la disposición unidireccional tradicional, el consumidor de servicios utiliza fuentes de generación de energía de reserva, tales como baterías o generadores diesel, solamente en el caso de una disrupción en el suministro de energía, que interfiere con el suministro de energía desde la red de servicio. De no ser así, no se suelen utilizar las fuentes de reserva.

En una disposición bidireccional, las fuentes de generación de energía están dispuestas para proporcionar una generación distribuida (DG) y para funcionar sobre una base periódica o prácticamente continua. En las disposiciones bidireccionales, a una o más cargas y las fuentes de DG están conectadas para formar una mini-red de servicio que tiene una conexión con la red de servicio. Una mini-red de servicio suele referirse a una o más fuentes de energía independientes (p.e., fuentes de DG) , una o más cargas y otros componentes tales como circuitos de conexión eléctrica que están enlazados juntos, en donde la mini-red de servicio suele mantener una conexión primaria con la red de servicio.

Con las disposiciones bidireccionales, el consumidor permanece conectado a la red de servicio y se convierte en un comprador neto de energía durante las condiciones operativas de carga máxima; por ejemplo, una fábrica compraría energía durante las horas de máxima demanda. El consumidor de servicios públicos revende luego la energía no utilizada, generada por las fuentes de DG, durante las horas sin picos de demanda o a veces, cuando las demandas de carga son mínimas.

Convencionalmente, para satisfacer las demandas de carga en las horas de máximo consumo, es necesario y deseable, para los operadores de mini-redes de servicio, que se incluyan fuentes de DG para mantener una conexión a la red de servicio. Sin dicha conexión continua, la mini-red de servicio puede sufrir de problemas de fiabilidad y de calidad de la energía. Estos problemas... [Seguir leyendo]

1. Un método de explotación de una mini-red de servicio (20) independientemente de una red de servicio (10) ,

comprendiendo la mini-red de servicio (20) una o más fuentes de generación de energía (40, 42, 44, 46) y una o más 5 cargas (50, 52, 54) conectadas a una barra colectora de distribución (24) , que comprende las etapas de:

supervisar al menos una de entre una frecuencia y una tensión de la potencia en la barra colectora de distribución (24) , caracterizado por la etapa que consiste en:

suministrar un dispositivo de interconexión (30) , que forma una conexión entre la red de servicio (10) y la mini-red de servicio (20) conectado a la barra colectora de distribución (24) , comprendiendo el dispositivo de interconexión un dispositivo de almacenamiento de energía (64) , incluyendo el dispositivo de interconexión (30) el dispositivo de almacenamiento de energía (64) que está configurado para absorber la potencia real de la barra colectora cuando la frecuencia aumenta y para proporcionar la potencia real a la barra colectora cuando la frecuencia disminuye, con el fin de

mantener una estabilidad de frecuencia y un compensador de calidad de la energía (62) que permite absorber o proporcionar potencia reactiva con el fin de regular la tensión de la potencia en la barra colectora de distribución (24) .

2. El método según la reivindicación 1, en donde la explotación del dispositivo de interconexión (30) comprende la

adición o la supresión de una de las fuentes de generación de energía (40, 42, 44, 46) . 20

3. El método según la reivindicación 1 o 2, en donde la explotación del dispositivo de interconexión (30) comprende la adición o supresión de una de las cargas (50, 52, 54) .

4. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el dispositivo de almacenamiento de energía 25 (64) incluye al menos un sistema de almacenamiento de energía mediante volante.

5. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende, además, las etapas de:

supervisar una condición de la red de servicio (10) y

desconectar la mini-red de servicio (20) desde la red de servicio (10) con el fin de explotar la mini-red de servicio (20) con independencia en respuesta a una disrupción de potencia a través de la red de servicio (10) .

6. El método según la reivindicación 5 y que comprende, además, la etapa que consiste en conectar la mini-red de 35 servicio (20) a la red de servicio (10) en el momento de la recepción de una señal procedente de la red de servicio (10) .

7. El método según la reivindicación 5 y que comprende, además, la etapa que consiste en conectar la mini-red de servicio (20) a la red de servicio (10) al detectar un estado de funcionamiento normal de la red de servicio (10) .

8. El método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde la etapa de supervisar la condición de la red de servicio incluye la recepción de una señal desde la red de servicio (10) .

9. El método según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, en donde la etapa de supervisar la condición de la red de

servicio incluye la detección de un estado operativo de la red de servicio (10) . 45

10. Un dispositivo de interconexión universal (30) que permite formar una conexión entre una red de servicio (10) y una mini-red de servicio (20) , que tiene una o más fuentes de generación de energía (40, 42, 44, 46) y una o más cargas (50, 52, 54) conectadas a una barra colectora de distribución (24) , que comprende:

50 un dispositivo de almacenamiento de energía (64) ;

un compensador de calidad de la energía (62) ;

un dispositivo (26) que permite conectar el dispositivo de interconexión universal a la barra colectora de distribución (24) ;

55 una unidad de control (66) configurada para supervisar un estado de la red de servicio (10) y para desconectar la minired de servicio (20) de la red de servicio (10) en respuesta a una disrupción de la potencia en la red de servicio (10) , de modo que, después de la desconexión, la mini-red de servicio (20) funcione independientemente de la red de servicio (10) , en donde la unidad de control (66) supervisa al menos una de entre una frecuencia y una tensión de potencia en la

60 barra colectora (24) , caracterizado porque la unidad de control (66) es utilizable para activar el dispositivo de almacenamiento de energía (64) para absorber potencia real desde la barra colectora cuando aumenta la frecuencia y para proporcionar potencia real a la barra colectora cuando disminuye la frecuencia con el fin de mantener la estabilidad de la frecuencia y el compensador de calidad de la energía (62) para absorber o proporcionar potencia reactiva para controlar la tensión de la potencia en la barra colectora (24) .

65 11. El dispositivo de interconexión universal (30) según la reivindicación 10, en donde el compensador de calidad de la energía (62) es un inversor de corriente alterna/corriente continua.

12. Un sistema de explotación de una mini-red de servicio (20) que comprende una o varias fuentes de generación de 5 energía (40, 42, 44, 46) y una o más cargas (50, 52, 54) conectadas a una barra colectora (24) , que comprende:

un conmutador (22) para conectar la mini-red de servicio (20) a una red de servicio (10) y

un dispositivo de interconexión universal (30) según cualquiera de las reivindicaciones 10 u 11, dispuesto entre el 10 conmutador (22) y la barra colectora (24) .

13. El sistema según la reivindicación 12, en donde la barra colectora (24) es una barra colectora de corriente alterna AC trifásica.

14. El sistema según la reivindicación 12 o 13, en donde el sistema está configurado para realizar el método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.

RED DE SERVICIO

Comprar Vender

Central energética

Dispositivo interconexión universal

Micro

turbina

Carga

Aerogenerador

Carga

Panel fotovoltaico

Carga

Turbina de gas

Carga Carga Carga

Fuente

Fuente

DG

DG

Red de servicio

Conmutador

desconexión

Conexión Shunt a barra colectora AC

Compensador

calidad energía

Dispositivoalmacenamiento energía

Módulo de comunicación /control

Módulo de comunicación/control supervisa red de servicio

Está la calidad de laenergía tan deteriorada que requiere desconexión?

Señal enviada a conmutador de desconexión para abrir el conmutador y de este modo, aislar intencionadamente la mini-red de servicio Desde 114, FIG. 3

Después de la desconexión, supervisar tensión de mini-red de servicio

Está aumentado la tensión?

Está disminuyendo la tensión?

Dispositivo de interconexión absorbe

Sí

potencia reactiva desde la barra colectora

Dispositivo deinterconexión proporciona potencia

Sí

reactiva desde la barra colectora

Desde 114, FIG. 3

Después de la desconexión, Llevar offline supervisar frecuencia una fuente DG Añadir carga de mini-red de servicio

Sí

Dispositivo de interconexión Está elEstá aumentado Sí absorbe potencia almacenamiento de la frecuencia? real desde la barra energía colectora aproximándose a lleno?

Dispositivo de Está elSí interconexión almacenamiento de Está disminuyendo

proporciona energíala frecuencia? potencia real desde aproximándose a la barra colectora vacío?

Sí

Desconectar carga Llevar online otra baja prioridad fuente DG