Submarino con red eléctrica embarcada.

Submarino con una red eléctrica embarcada que presenta al menos dos inversores (WR1,

WR2, WR3) que alimentan a una barra colectora común (6), en donde cada uno de los al menos dos inversores (WR1, WR2, WR3) está equipado con un dispositivo de regulación independiente que está concebido para registrar magnitudes características eléctricas actuales en la barra colectora (6) y presenta un módulo de regulación que está concebido para regular la tensión de salida en base a las magnitudes características y/o a magnitudes características derivadas, en donde el módulo de regulación presenta un regulador primario (9) en el que están archivadas curvas características estáticas para el inversor (WR1, WR2, WR3), en base a las cuales se obtienen las magnitudes de guía para el regulador primario, y cada dispositivo de regulación está equipado con al menos un regulador secundario (16, 18) que, en base a las magnitudes características o a las magnitudes características derivadas, realiza un desplazamiento paralelo de una curva característica estática almacenada en el regulador primario (9) para alcanzar los valores nominales, en particular de frecuencia y tensión a una potencia dada, y en donde el regulador secundario está equipado con un dispositivo de simetrización para simetrizar la distribución de carga.

Submarino con red eléctrica embarcada.

La invención concierne a un submarino con una red eléctrica embarcada.

En los submarinos la red eléctrica embarcada es alimentada habitualmente por inversores que convierten la tensión continua entregada por las baterías o una instalación de pila de combustible en una tensión alterna (corriente alterna o corriente trifásica) . Por motivos de seguridad frente a fallos, se utilizan aquí siempre varios onduladores o inversores. Hasta ahora, las redes embarcadas en submarinos están separadas para ello usualmente en dos o más redes parciales que son alimentadas con corriente por un respectivo inversor. Usualmente, se prevé también al menos un inversor de reserva que no está constantemente en funcionamiento y que puede conectarse discrecionalmente a una de las redes parciales en caso de que falle el inversor allí instalado. Para aumentar aún más la seguridad frente a fallos puede existir también la posibilidad de conectar las dos redes parciales una a otra de modo que éstas sean alimentadas con corriente por un inversor común. En este concepto es desventajoso el hecho de que se producen tiempos de conmutación condicionados por el principio de construcción que admiten solamente una libertad de interrupción condicionada del suministro de corriente, lo que puede conducir a que, al conmutar, puedan presentarse pérdidas de datos, desexcitaciones de relés, fallos de instrumentos y similares.

El documento DE 94 13 638 U1 concierne a un submarino con una red eléctrica embarcada, en el que dos inversores alimentan a una red embarcada común. En esta disposición es problemática la sincronización de los inversores de modo que éstos, juntos o individualmente, puedan asegurar un suministro de corriente exento de interrupciones.

El documento WO 98/48497 revela una red eléctrica embarcada para barcos con un ordenador de protección para efectuar una desconexión rápida de zonas de la red afectadas de cortocircuito. A este fin, se registran a través de sensores de corriente la magnitud y la fase de las corrientes que circulan en distintas zonas de la red y se suman estas corrientes. Por la magnitud de los vectores de corriente sumados puede reconocerse un caso de cortocircuito.

El cometido de la invención consiste en crear un submarino con una red eléctrica embarcada que haga posible un suministro de corriente casi exento de interrupciones y pueda evitar fallos de instrumentos en amplio grado.

Este problema se resuelve mediante un submarino con las características indicadas en la reivindicación 1. Formas de realización preferidas se desprenden de las reivindicaciones subordinadas.

Según la invención, el submarino presenta una red eléctrica embarcada con al menos dos aparatos onduladores o inversores que convierten la tensión continua proporcionada, por ejemplo, por una batería en una tensión alterna para la red embarcada. Se ha previsto a este respecto que los al menos dos inversores alimenten al mismo tiempo a una barra colectora común. Esto quiere decir que se anula aquí la división usual hasta ahora de la red embarcada en varias redes parciales con barras colectoras separadas que son alimentadas por solamente un respectivo inversor.

Para el funcionamiento simultáneo de dos inversores en una red es necesaria la sincronización de los inversores. Para conseguir una gran seguridad frente a fallos se ha previsto según la invención una sincronización que prescinde de una comunicación directa entre los inversores o de un control central de rango superior.

Esto se consigue haciendo que cada inversor presente un dispositivo de regulación independiente que cuide de que se sincronice el inversor pertinente con la red. A este fin, el dispositivo de regulación de cada inversor está concebido de modo que pueda registrar magnitudes características eléctricas actuales en la barra colectora y puede ajustar después sobre la base de éstas el inversor pertinente y especialmente su tensión de salida y su frecuencia de modo que el inversor alimente a la red en sincronismo con los demás inversores de la misma barra colectora. Esto quiere decir que cada inversor, debido a su dispositivo de regulación independiente, realiza automáticamente una adaptación de su tensión de salida y su frecuencia en función de las magnitudes características registradas por el dispositivo de regulación. Esto tiene la ventaja de que los distintos inversores pueden alimentar simultáneamente a una red embarcada común, es decir, una barra colectora común, y se proporciona al mismo tiempo una independencia de los inversores, de modo, cuando falle un inversor, esté asegurado el funcionamiento adicional del inversor o los inversores adicionales, con lo que se consigue en conjunto una alta seguridad frente a fallos.

Es posible prever también inversores de reserva que registren continuamente las magnitudes características de la red embarcada y se sincronicen continuamente con la red embarcada para que, en el caso de un fallo de otro inversor, puedan asumir entonces la función de éste de una manera ampliamente exenta de interrupciones. Dado que los distintos inversores trabajan independientemente, es decir, sin unión directa, comunicación directa o control de rango superior, no existen según la invención componentes adicionales de unión o de rango superior para el funcionamiento conjunto de los inversores que, en caso de fallo, pudieran conducir a un fallo total de la instalación. Asimismo, todos los inversores y sus dispositivos de regulación tienen preferiblemente una construcción idéntica y son equivalentes en su funcionamiento. Así, a diferencia de una regulación maestro/esclavo, el fallo de un inversor

no puede conducir al fallo total.

Preferiblemente, cada dispositivo de regulación presenta un módulo de registro para registrar las magnitudes características eléctricas en la barra colectora. Éstas son especialmente tensiones y corrientes de la red en la barra colectora. Se pueden registrar aquí tensiones totales o corrientes totales o bien tensiones individuales y corrientes individuales para cada fase.

Asimismo, cada dispositivo de regulación presenta preferiblemente un módulo de cálculo para calcular las magnitudes características derivadas, especialmente la potencia activa y la potencia reactiva, así como la frecuencia y la tensión en bornes de salida, en base a las magnitudes eléctricas registradas. Estas magnitudes características derivadas pueden servir de base después para la regulación adicional.

Cada dispositivo de regulación presenta un módulo que está concebido para regular la tensión de salida del inversor pertinente en base a las magnitudes características y/o las magnitudes características derivadas. Esto permite que el dispositivo de regulación regule el inversor pertinente solamente en base a las magnitudes características registradas por este mismo inversor o a las magnitudes características derivadas de estas magnitudes características, de modo que el inversor pueda sincronizarse automáticamente con la red embarcada. Por tanto, no son necesarios dispositivos de regulación externos ni especialmente dispositivos de regulación de rango superior.

El módulo de regulación de cada dispositivo de regulación presenta un regulador primario en el que están archivadas curvas características estáticas para el inversor, en base a las cuales se obtienen en el módulo de regulación las magnitudes de guía para el regulador primario.

Las curvas características estáticas pueden ser especialmente un diagrama de tensión/potencia reactiva y/o un diagrama de frecuencia/potencia activa, a partir de los cuales se obtienen como magnitudes de guía, independientemente de las magnitudes características registradas y/o de las magnitudes características derivadas de éstas, la potencia reactiva y/o la potencia activa, que operan en calidad de magnitudes de guía para la regulación subsiguiente. La potencia activa sirve aquí para la regulación de la frecuencia y la potencia reactiva sirve para la regulación de la tensión. Las curvas características estáticas están fijamente asociadas a los inversores y cuidan de que los inversores de la red presenten un comportamiento determinado que se aproxime preferiblemente al de un generador síncrono. En particular, se eligen las curvas características de modo que éstas no sean constantes, sino que desciendan en función de la carga, es decir que presenten un coeficiente de caída. Esta evolución dependiente de la carga de las curvas características permite que se... [Seguir leyendo]

1. Submarino con una red eléctrica embarcada que presenta al menos dos inversores (WR1, WR2, WR3) que alimentan a una barra colectora común (6) , en donde cada uno de los al menos dos inversores (WR1, WR2, WR3) está equipado con un dispositivo de regulación independiente que está concebido para registrar magnitudes características eléctricas actuales en la barra colectora (6) y presenta un módulo de regulación que está concebido para regular la tensión de salida en base a las magnitudes características y/o a magnitudes características derivadas, en donde el módulo de regulación presenta un regulador primario (9) en el que están archivadas curvas características estáticas para el inversor (WR1, WR2, WR3) , en base a las cuales se obtienen las magnitudes de guía para el regulador primario, y cada dispositivo de regulación está equipado con al menos un regulador secundario (16, 18) que, en base a las magnitudes características o a las magnitudes características derivadas, realiza un desplazamiento paralelo de una curva característica estática almacenada en el regulador primario (9) para alcanzar los valores nominales, en particular de frecuencia y tensión a una potencia dada, y en donde el regulador secundario está equipado con un dispositivo de simetrización para simetrizar la distribución de carga.

2. Submarino según la reivindicación 1, en el que cada dispositivo de regulación presenta un módulo de registro para registrar las magnitudes características eléctricas, especialmente las tensiones y corrientes de la red en la barra colectora (6) .

3. Submarino según la reivindicación 1 ó 2, en el que cada dispositivo de regulación presenta un módulo de cálculo

(8) para calcular magnitudes características derivadas, especialmente la potencia activa y la potencia reactiva, así como la frecuencia y la tensión en bornes de salida, en base a las magnitudes características eléctricas registradas.

4. Submarino según la cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las curvas características estáticas presentan un diagrama de tensión/potencia reactiva y/o un diagrama de frecuencia/potencia activa, a partir de los cuales se obtienen la potencia reactiva y/o la potencia activa como magnitudes de guía en función de las magnitudes características registradas y/o las magnitudes características derivadas.

5. Submarino según la reivindicación 4, en el que el regulador primario (9) presenta un regulador de potencia reactiva (12) y un regulador de potencia activa (10) .

6. Submarino según la reivindicación 5, en el que el módulo de regulación presenta un regulador de tensión de salida (14) al que se alimentan como magnitudes de guía las magnitudes de regulación del regulador de potencia reactiva (12) y del regulador de potencia activa (10) , especialmente la frecuencia y la tensión.

7. Submarino según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de simetrización registra la relación de la potencia de salida del inversor pertinente (WR1, WR2, WR3) a la potencia total en la barra colectora

(6) y, en función de una variación de esta relación, realiza un desplazamiento paralelo de una curva característica estática almacenada en el regulador primario (9) para alcanzar los valores nominales, especialmente de frecuencia y tensión a una potencia dada.

8. Submarino según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que están previstos en el dispositivo de regulación dos reguladores secundarios (16, 18) , de los cuales uno sirve para la regulación de la frecuencia y el otro para la regulación de la tensión.´

9. Submarino según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con una red eléctrica embarcada que está dividida en varias redes parciales (A, B, C, I, II, III) que están protegidas cada una de ellas por medio de al menos un interruptor de potencia (1, 2, 3, 4, 5) , en donde las distintas redes parciales (A, B, C, I, II, III) están equipadas con sensores (1, 2, 3, 4, 5) para registrar datos característicos de las distintas redes parciales (A, B, C, I, II, III) , los sensores y los interruptores de potencia (1, 2, 3, 4, 5) se comunican con un dispositivo de control común y los interruptores de potencia (1, 2, 3, 4, 5) pueden ser conectados selectivamente por el dispositivo de control en función de los datos característicos actualmente registrados.

10. Submarino según la reivindicación 9, en el que los datos característicos de las distintas redes parciales (A, B, C, I, II, III) comprenden las corrientes eléctricas en las distintas redes parciales.

11. Submarino según la reivindicación 9 ó 10, en el que está archivada en el dispositivo de control al menos una tabla en la que están archivadas para el respectivo caso de cortocircuito en una de las redes parciales (A, B, C, I, II, III) las respectivas corrientes de cortocircuito que se presentan en las distintas redes parciales (A, B, C, I, II, III) y/o en los sensores pertinentes (1, 2, 3, 4, 5) o bien las relaciones de estas corrientes de cortocircuito una con respecto a otra.

12. Submarino según la reivindicación 11, en el que el dispositivo de control está concebido de tal manera que la localización del caso de cortocircuito se efectúa por asignación de la combinación producida de corrientes de cortocircuito con ayuda de la tabla archivada y a continuación se puede conectar por el dispositivo de control el interruptor de potencia correspondiente (1, 2, 3, 4, 5) para separar la red parcial (A, B, C, I, II, III) en la que se ha

localizado el caso de cortocircuito.

13. Submarino según la reivindicación 11 ó 12, en el que están archivadas en el dispositivo de control una o varias tablas en las que están archivadas para el respectivo caso de cortocircuito en una de las redes parciales (A, B, C, I, II, III) las respectivas corrientes de cortocircuito producidas en las distintas redes parciales (A, B, C, I, II, III) y/o en

los sensores pertinentes, o bien la relación de estas corrientes de cortocircuito una con respecto a otra, para el caso en que estén abiertos uno o varios interruptores de potencia determinados (1, 2, 3, 4, 5) .

14. Submarino según la reivindicación 13, en el que el dispositivo de control está concebido de tal manera que, después de la conmutación de un interruptor de potencia (1, 2, 3, 4, 5) para separar una red parcial (A, B, C, I, II, III) , se emplea para localizaciones subsiguientes de casos de cortocircuito una tabla pertinente que tiene en cuenta el estado abierto del interruptor de potencia.

15. Submarino según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que los sensores están integrados en los interruptores de potencia (1, 2, 3, 4, 5) .