Sistemas y procedimientos que implican la protección de generadores superconductores para aplicaciones de potencia.

Sistema (100, 200) para la protección de bobinas de campo de generadores superconductores (102),

quecomprende:

un controlador (114, 214) configurado para monitorizar un enfriamiento de una bobina de camposuperconductora (102) de un generador y controlar una disipación de un flujo de corriente en la bobina decampo superconductora (102) en un evento de enfriamiento; y caracterizado por:

una bobina de inducido (104) del generador configurada para provocar la disipación del flujo de corriente en labobina de campo superconductora (102) en respuesta al controlador (114, 214) en el caso de enfriamiento dela bobina de campo superconductora (102).

Sistemas y procedimientos que implican la protección de generadores superconductores para aplicaciones de potencia

Ciertas realizaciones de la invención se refieren en general a generadores superconductores, y más particularmente, a sistemas y procedimientos que implican la protección de generadores superconductores para aplicaciones de potencia.

En este sentido, la protección de una bobina de campo de generador superconductor, que está construida de un material superconductor ("superconductor") , es importante para evitar daños de la bobina de campo o de otros componentes en el caso de un fallo de funcionamiento. Por ejemplo, durante el funcionamiento del generador, si la bobina de campo superconductora se eleva por encima de una cierta temperatura, de tal modo que causa la transición a un estado no superconductor o "normal" (un proceso conocido como "enfriamiento") , esto puede resultar en un daño significativo a la bobina de campo y/o a otros componentes, haciendo el generador inoperable y posiblemente insalvable. Para evitar estos daños cuando se produce enfriamiento, es importante disipar el flujo de corriente eléctrica en la bobina de campo para evitar un calentamiento excesivo como consecuencia de la mayor resistencia que se produce cuando el superconductor se vuelve normal. Una resistencia externa que está conectada en serie con la bobina de campo durante el enfriamiento rápido se ha usado para este propósito. Sin embargo, esta resistencia externa es generalmente grande y pesada, lo que afecta al uso del generador en varias aplicaciones de energía debido al aumento del tamaño, del peso, de los costes asociados, etc. Por lo tanto, es deseable la capacidad de disipar rápidamente el flujo de corriente eléctrica en la bobina de campo durante el enfriamiento sin el uso de una resistencia externa.

El documento EP 1 612 904 describe un sistema y un procedimiento de protección para el enfriamiento de una bobina de campo de generador superconductor con un controlador configurado para detectar un enfriamiento de la bobina de campo y para descargar la energía magnética almacenada en una resistencia de descarga.

Sistemas y procedimientos que implican la protección de generadores superconductores para aplicaciones de energía incluyen, en una realización de ejemplo, un sistema de protección de bobinas de campo de generadores superconductores que incluye un controlador configurado para monitorizar un enfriamiento de una bobina de campo de un generador superconductor y controlar una disipación de un flujo de corriente en la bobina de campo superconductora en un evento de enfriamiento, y una bobina de inducido del generador configurada para provocar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora en respuesta al controlador en el caso del enfriamiento de la bobina de campo superconductora.

Otra realización ejemplar incluye un procedimiento para proteger bobinas de campo de generadores superconductores, incluyendo la monitorización de un enfriamiento de una bobina de campo superconductora de un generador, y la disipación de un flujo de corriente en la bobina de campo superconductora a través de una bobina de inducido del generador en respuesta a una detección del enfriamiento.

Varias características, aspectos y ventajas se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos, en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en los que:

La figura 1 es un diagrama esquemático que ilustra un sistema de ejemplo para la protección de bobinas de campo de generadores superconductores de acuerdo con realizaciones de ejemplo de la invención.

La figura 2 es un diagrama esquemático que ilustra otro sistema de ejemplo para la protección de bobinas de campo de generadores superconductores de acuerdo con realizaciones de ejemplo de la invención.

La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un procedimiento de ejemplo para la protección de bobinas de campo de generadores superconductores de acuerdo con de realizaciones ejemplo de la invención.

En la descripción detallada a continuación, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión exhaustiva de las diversas realizaciones. Sin embargo, las realizaciones pueden ponerse en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, métodos, procedimientos, y componentes bien conocidos no se han descrito en detalle.

Además, diversas operaciones se pueden describir como múltiples etapas diferenciadas realizadas de una manera que es útil para la comprensión de las realizaciones de la presente invención. Sin embargo, el orden de descripción no debe interpretarse como que implica que estas operaciones deban realizarse en el orden en que se presentan, o que incluso dependen del orden. Además, el uso repetido de la frase "en una realización" no se refiere necesariamente a la misma realización, aunque puede ser. Por último, los términos "que comprende", "que incluye", "que tiene", y similares, tal como se utilizan en la presente solicitud, se pretende que sean sinónimos a menos que se indique lo contrario.

Los generadores superconductores proporcionan un peso más ligero, un menor tamaño, y un funcionamiento más eficiente que los generadores tradicionales de la misma capacidad o similar y, por lo tanto, son beneficiosos en varias aplicaciones de energía, tales como sistemas de turbina eólica. La protección de las bobinas de campo superconductoras de generadores superconductores es importante para evitar daños a las bobinas de campo y/o a otros componentes y para reducir el tiempo de recuperación de los generadores en el caso de un mal funcionamiento, como un evento de enfriamiento (es decir, una transición hacia a un estado no superconductor o normal) Las bobinas de la armadura de un generador superconductor pueden estar configuradas para su uso para disipar el flujo de corriente en las bobinas de campo superconductoras para proporcionar esta protección durante estos eventos.

La figura 1 es un diagrama esquemático de un sistema 100 de ejemplo para la protección de bobinas de campo de generadores superconductores de acuerdo con realizaciones de ejemplo de la invención. El sistema 100 de ejemplo puede ser parte de un generador superconductor (no representado) , e incluye una o más bobinas de campo 102 superconductoras (SC) y una o más bobinas de armadura 104. La bobina campo SC 102 está construida de un material superconductor, tal como niobio-titanio (NbTi) , niobio-estaño (Nb3Sn) , magnesio-diboruro (MgB2) o un superconductor de alta temperatura (HTS) , tal como óxido de bismuto estroncio cobre calcio (por ejemplo, BSCCO2212 o BSCCO-2223) o de óxido de itrio bario cobre (por ejemplo, YBa2Cu3O7 o "YBCO") . La bobina de inducido 104 está construida de un conductor de bobina tradicional, tal como cobre, y es capaz de disipar un flujo de corriente en la bobina de campo SC 102, por ejemplo, directamente o inductivamente. La bobina de campo SC 102 está conectada a una fuente de excitación ("excitador") 106 a través de uno o más conmutadores 107, 108 en un primer estado. Los conmutadores 107, 108 pueden desconectar la bobina de campo SC 102 del excitador 106 y conectar la bobina de campo SC 102 a la bobina de inducido 104 en un segundo estado. La bobina de inducido 104 está conectada a una salida 112 del generador, cuya conexión puede ser a través de uno o más conmutadores 109, 110 en un primer estado que puede desconectar la bobina de inducido 104 de la salida del generador 112 en un segundo estado. La salida del generador 112 puede incluir conexiones a varios otros componentes del generador que no se representan.

Los conmutadores 107-110 pueden ser de cualquier forma capaz de funcionar bajo las características de funcionamiento del generador (por ejemplo, tensión, corriente, temperatura, etc.) . Por ejemplo, uno o más conmutadores 107 a 110 pueden ser electrónicos o mecánicos. Los conmutadores 107-110 son controlados por el controlador 114, por ejemplo, a través de conductores de control o cableado. El controlador 114 también monitoriza una o más características de funcionamiento de la bobina de campo SC 102, tal como la corriente I, la tensión V, y/o la temperatura T, por ejemplo, a través de cableado de control, transductores, etc. (por ejemplo, tal como se representa) . El controlador 114 también puede estar en comunicación con el excitador 106, por ejemplo, para monitorizar y/o controlar el excitador 106.

El controlador 114 puede estar... [Seguir leyendo]

1. Sistema (100, 200) para la protección de bobinas de campo de generadores superconductores (102) , que comprende:

un controlador (114, 214) configurado para monitorizar un enfriamiento de una bobina de campo superconductora (102) de un generador y controlar una disipación de un flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) en un evento de enfriamiento; y caracterizado por:

una bobina de inducido (104) del generador configurada para provocar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) en respuesta al controlador (114, 214) en el caso de enfriamiento de la bobina de campo superconductora (102) .

2. Sistema (100, 200) según la reivindicación 1, en el que el controlador (114, 214) está configurado para monitorizar el enfriamiento de la bobina de campo superconductora (102) mediante el control de una característica de funcionamiento (I, V, T) de la bobina de campo superconductora (102) .

3. Sistema (100, 200) según cualquier reivindicación anterior, en el que la característica de funcionamiento (I, V, T) de la bobina de campo superconductora (102) monitorizada por el controlador es al menos una del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) , una tensión de la bobina de campo superconductora (102) , o una temperatura de la bobina de campo superconductora (102) .

4. Sistema (100, 200) según cualquier reivindicación anterior, en el que el controlador (114, 214) también está configurado para comunicarse con una fuente de excitación (106) del generador para detener la entrada de una corriente de excitación a la bobina de campo superconductora (102) en el caso de enfriamiento.

5. Sistema (100) según cualquier reivindicación anterior, en el que:

la bobina de inducido (104) está configurada para provocar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) a través de un primer conmutador (107) y un segundo conmutador (108) , en el que el primer conmutador (107) y el segundo conmutador (108) conectan la bobina de campo superconductora

(102) a una fuente de excitación (106) del generador en un primer estado y conectan la bobina de campo superconductora (102) a por lo menos una porción de la bobina de inducido (104) en un segundo estado ; y el controlador (114, 214) está configurado para controlar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) en el caso de enfriamiento, haciendo que el primer conmutador (107) y el segundo conmutador (108) cambien desde el primer estado al segundo estado.

6. Sistema (100) según la reivindicación 5, en el que:

la bobina de la armadura (104) también está configurada para provocar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) a través de un tercer conmutador (109) , en el que el tercer conmutador

(109) conecta la bobina de inducido (104) a una salida (112) del generador en un primer estado y desconecta la bobina de inducido (104) de la salida (112) del generador en un segundo estado; y el controlador (114) está también configurado para controlar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) en el caso de enfriamiento, causando el tercer conmutador cambiar desde el primer estado al segundo estado para colocar la bobina de campo superconductora (102) en serie con al menos la porción de la bobina de inducido (104) .

7. Sistema (200) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la bobina de inducido (104) está configurada para provocar la disipación del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) a través de un segundo controlador (216) y una fuente de excitación ( 106) del generador, en el que:

la bobina de campo superconductora (102) está conectada a la fuente de excitación (106) , en el que dicha fuente de excitación (106) está configurada para introducir una corriente de excitación a la bobina de campo superconductora (102) en un primer estado y para detener o invertir de manera decreciente la entrada de la corriente de excitación a la bobina de campo superconductora (102) en un segundo estado; el segundo controlador (216) está configurado para modificar una característica de funcionamiento de la bobina de inducido (104) para causar una disipación inductiva del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) a través de la bobina de inducido (104) ; y el controlador (214) está configurado para controlar la disipación de la corriente en la bobina de campo superconductora (102) en el caso de enfriamiento haciendo que el segundo controlador (216) modifique la característica de funcionamiento de la bobina de inducido (104) y haga que la fuente de excitación (106) cambie desde el primer estado al segundo estado.

8. Sistema (200) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 ó 7, en el que la característica de funcionamiento de la bobina de inducido (104) modificada por el segundo controlador (216) es un flujo de corriente en la bobina de inducido (104) , en el que el flujo de corriente se modifica para causar la oposición inductiva del flujo de corriente en la bobina de campo superconductora (102) .

9. Sistema (200) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, 7 u 8, en el que el controlador (214) y el segundo controlador (216) están integrados como un solo controlador.