Dispositivo convertidor y procedimiento para controlar un dispositivo convertidor.

Dispositivo convertidor para el acondicionamiento de varias tensiones de salida o bien de varios potenciales detensiones de salida en salidas (A1,

A2, A3) correspondientes, que comprende:

- varias unidades de regulación (3), que están asociadas en cada caso a una de varias fuentes de tensión deentrada (2), en el que cada una de las unidades de regulación (3) está configurada para variar una tensión deentrada (UIN1, UIN2, UIN3, UIN4) preparada por la fuente de tensión de entrada (2) asociada y para acondicionar unatensión intermedia (U1, U2, U3, U4),

- varios elementos selectores (41), en el que en cada elemento selector (41) están aplicados potenciales de tensiónintermedia (V0, V1, V2, V3, V4) definidos a través de las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) y cada elementoselector (41) está configurado para seleccionar uno de los potenciales de tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4)para la emisión como el potencial de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3); caracterizado porque

- las salidas de tensión de las unidades de regulación están conectadas en serie entre sí, de manera que lastensiones intermedias (U1, U2, U3, U4), se suman y en una parte o en cada una de las salidas de la tensió9n seacondiciona el potencial respectivo de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) para la selección a través de unorespectivo de los elementos selectores (41), y porque

- está presente una unidad de control (5), que está configurada para controlar la pluralidad de unidades deregulación (3), de tal manera que las unidades de regulación (3) acondicionan potenciales de la tensión intermedia(V0, V1, V2, V3, V4), que contienen los potenciales de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar,en el que la unidad de control (5) está configurada, además, para seleccionar en cada caso uno de los potencialesde la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) y acondicionarlos en una salida (A1, A2, A3) correspondiente.

Dispositivo convertidor y procedimiento para controlar un dispositivo convertidor

Campo técnico

La invención se refiere a convertidores de tensión, en particular inversores, que a partir de una pluralidad de fuentes de tensión continua generan tensiones alternas.

Estado de la técnica

Se conocen desde hace mucho tiempo una pluralidad de formas de convertidores de tensión, como por ejemplo inversores, para el acondicionamiento de una o varias tensiones alternas o bien tensiones de fases. Ejemplos de topologías de inversores son ANPC (active neutral point clamped) , NPC (neutral point clamped) o MPC, puentes H en cascada y similares, respectivamente, con propiedades específicas. En muchas topologías de inversores existe una unidad de conmutación, en la que deben conmutarse altas tensiones en la zona de la subida de la tensión de salida a acondicionar con una frecuencia alta, para acondicionar las curvas deseadas de la tensión en las salidas del inversor. Esto requiere un dimensionado correspondiente de los componentes de potencia utilizados, con lo que las topologías convencionales de inversores son costosas de realizar.

Además, una parte del inversor convencional presenta condensadores de circuito intermedio, para acondicionar tensiones de punto intermedio, con las que se pueden acondicionar varios niveles de la tensión para el funcionamiento del inversor. Estos condensadores son, en general, propensos a envejecimiento, de manera que la duración de vida útil de tales inversores es limitada.

En el documento US 6.104.624 se indica un dispositivo convertidor del tipo indicado al principio según el estado de la técnica, que presenta dos elementos selectores, en los que está aplicado en cada caso solamente un único potencial de la tensión intermedia y en el que cada elemento selector puede seleccionar entonces sólo este potencial de la tensión intermedia para la emisión como potencial respectivo de la tensión de salida. Además, pertenece al estado de la técnica el dispositivo convertidor descrito en "Multilevel converters for single-phase grid connected photovoltaic systems-an overview", Calais M. y col., ISIE 1998 así como el circuito convertidor del documento US 2008/0150366 A1.

Representación de la invención El cometido de la presente invención es proporcionar un inversor, que puede ser accionado especialmente con una pluralidad de fuentes de tensión individuales. Además, el cometido de la presente invención es proporcionar un procedimiento para el funcionamiento de un inversor de este tipo.

Este cometido se soluciona por medio del dispositivo convertidor de acuerdo con la reivindicación 1 así como por medio de la disposición de convertidor y el procedimiento para el funcionamiento del dispositivo convertidor de acuerdo con las reivindicaciones dependientes.

Otras configuraciones ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con un primer aspecto, está previsto un dispositivo convertidor para el acondicionamiento de varias tensiones de salida o bien de varios potenciales de tensiones de salida en salidas correspondientes. El dispositivo convertidor comprende:

-varias unidades de regulación, que están asociadas en cada caso a una de varias fuentes de tensión de entrada , en el que cada una de las unidades de regulación (3) está configurada para variar una tensión de entrada preparada por la fuente de tensión de entrada (2) asociada y para acondicionar una tensión intermedia,

-varios elementos selectores, en el que en cada elemento selector están aplicados potenciales de tensión intermedia definidos a través de las tensiones intermedias y cada elemento selector está configurado para seleccionar uno de los potenciales de tensión intermedia para la emisión como el potencial de la tensión de salida.

El núcleo del dispositivo convertidor indicado anteriormente consiste en asociar a varias fuentes de tensión de entrada unas unidades de regulación para generar las tensiones intermedias variables. Con la ayuda de elementos selectores se selecciona para cada potencial de la tensión de salida a acondicionar un potencial correspondiente de la tensión intermedia, que es acondicionado por las unidades de regulación, y el potencial de la tensión intermedia es acondicionado como el potencial de la tensión de salida a acondicionar. Por lo tanto, en un dispositivo convertidor de este tipo, los ciclos de la tensión se pueden formar en cada una de las salidas a través de combinación por secciones de las curvas, acondicionadas por las unidades de regulación, de los potenciales de la tensión intermedia. Los elementos selectores tienen en este caso solamente la función de la conmutación de un potencial de la tensión intermedia acondicionado por una de las unidades de regulación a una de las salidas. La función propiamente dicha del acondicionamiento del potencial deseado de la tensión intermedia se realiza para cada fuente de la tensión de

entrada. En virtud de las tensiones más bajas presentes allí, los requerimientos planteados a la potencia o bien al dimensionado de los componentes utilizados allí son menores.

Además, las salidas de la tensión de las unidades de regulación puede estar conectadas en serie entre sí, de manera que se suman las tensiones intermedias y en una parte o en cada una de las salidas de la tensión se acondiciona el potencial respectivo de la tensión intermedia para la selección a través de uno de los elementos selectores correspondientes.

De acuerdo con otro aspecto, está prevista una disposición de convertidor con el dispositivo convertidor indicado anteriormente y con una unidad de control. La unidad de control está configurada para controlar la pluralidad de las unidades de regulación, de manera que las unidades de regulación acondicionan potenciales de la tensión intermedia, que contienen los potenciales de la tensión de salida a acondicionar, de manera que la unidad de control está configurada, además, para seleccionar en cada caso uno de los potenciales de la tensión intermedia y acondicionarlo en una salida correspondiente.

De acuerdo con una forma de realización, la unidad de control está configurada para controlar los elementos selectores, de manera que se selecciona el potencial mínimo de la tensión intermedia acondicionado por las unidades de regulación para el acondicionamiento del potencial mínimo de la tensión de salida y se selecciona el potencial máximo de la tensión intermedia acondicionado por las unidades de regulación para el acondicionamiento del potencial máximo de la tensión de salida.

Además, la unidad de control puede estar configurada para controlar las unidades de regulación, para que en el caso de tensiones intermedias conectadas en serie, las tensiones intermedias sumadas den como resultado una tensión, que corresponde a la tensión entre el potencial máximo de la tensión de salida a acondicionar y el potencial mínimo de la tensión de salida a acondicionar.

En particular, la unidad de control puede estar configurada para controlar las unidades de regulación, de manera que se acondiciona un potencial medio de los potenciales de la tensión de salida a través de la selección de uno de los potenciales medios de la tensión intermedia.

Puede estar previsto que la unidad de control esté configurada para controlar las unidades de regulación para que el potencial medio de la tensión Intermedia sea generado en una salida seleccionada de la tensión de una de las unidades de regulación.

La unidad de control puede estar configurada para seleccionar la salida de la tensión de una de las unidades de regulación en función de una distribución deseada de la carga de las fuentes de la tensión de entrada asociadas a las unidades de regulación, correspondiendo especialmente la relación de las tensiones intermedias de las unidades de regulación individuales a la distribución de la carga de las unidades de regulación correspondientes.

De acuerdo con una forma de realización, la unidad de control puede estar configurada para seleccionar la salida de la tensión de una de las unidades de regulación, de manera que la diferencia de la tensión entre el potencial más alto y el potencial mas bajo de la tensión de salida es dividida por el número de las unidades de regulación disponible y se selecciona la salida de la tensión de aquella unidad de regulación para el acondicionamiento de uno de los potenciales medios de la tensión de salida, que se encuentra más próxima al potencial de la tensión de salida a acondicionar.

La unidad de control puede estar configurada especialmente para controlar las unidades de regulación, para que el potencial... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo convertidor para el acondicionamiento de varias tensiones de salida o bien de varios potenciales de tensiones de salida en salidas (A1, A2, A3) correspondientes, que comprende:

-varias unidades de regulación (3) , que están asociadas en cada caso a una de varias fuentes de tensión de entrada (2) , en el que cada una de las unidades de regulación (3) está configurada para variar una tensión de entrada (UIN1, UIN2, UIN3, UIN4) preparada por la fuente de tensión de entrada (2) asociada y para acondicionar una tensión intermedia (U1, U2, U3, U4) ,

-varios elementos selectores (41) , en el que en cada elemento selector (41) están aplicados potenciales de tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) definidos a través de las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) y cada elemento selector (41) está configurado para seleccionar uno de los potenciales de tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) para la emisión como el potencial de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) ; caracterizado porque

-las salidas de tensión de las unidades de regulación están conectadas en serie entre sí, de manera que las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) , se suman y en una parte o en cada una de las salidas de la tensió9n se acondiciona el potencial respectivo de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) para la selección a través de uno respectivo de los elementos selectores (41) , y porque

-está presente una unidad de control (5) , que está configurada para controlar la pluralidad de unidades de regulación (3) , de tal manera que las unidades de regulación (3) acondicionan potenciales de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) , que contienen los potenciales de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar,

en el que la unidad de control (5) está configurada, además, para seleccionar en cada caso uno de los potenciales de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) y acondicionarlos en una salida (A1, A2, A3) correspondiente.

2. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la unidad de control (5) está configurada para controlar los elementos selectores (41) , de manera que se selecciona el potencial mínimo de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) acondicionado por las unidades de regulación (3) para el acondicionamiento del potencial mínimo de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) y se selecciona el potencial máximo de la tensión de intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) acondicionad por las unidades de regulación (3) para el acondicionamiento del potencial máximo de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) .

3. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la unidad de control (5) está configurada para controlar las unidades de control (3) , de manera que en el caso de tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) conectadas en serie, las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) sumadas dan como resultado una tensión, que corresponde a la tensión entre el potencial máximo de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar y el potencial mínimo de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar.

4. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la unidad de control (5) está configurada para controlar las unidades de control (3) , de manera que se acondiciona un potencial medio de los potenciales de la tensión de salda (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a través de la selección de uno de los potenciales medios de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) .

5. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad de control (5) está configurada para controlar las unidades de control (3) , de manera que el potencial medio de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) es generado en una salida seleccionada de la tensión de una de las unidades de regulación (3) .

6. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la unidad de control (5) está configurada para seleccionar la salida de la tensión de una de las unidades de regulación (3) en función de una distribución deseada de la carga de las fuentes de tensión de entrada (2) asociadas a las unidades de regulación (3) , correspondiendo especialmente la relación de las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) de las unidades de regulación (3) individuales a la distribución deseada de la carga de las unidades de regulación (3) correspondientes.

7. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la unidad de control (5) está configurada para seleccionar la tensión de salida de una de las unidades de regulación (3) , en el que la diferencia de la tensión entre el potencial más alto y el potencial mas bajo de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) es dividida por el número de las unidades de regulación (3) disponible y se selecciona la salida de la tensión de aquella unidad de regulación para el acondicionamiento de uno de los potenciales medios de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) , que se encuentra más próxima al potencial de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar.

8. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 7, en el que la unidad de control (5) está configurada para controlar las unidades de regulación (3) , de manera que se genera el potencial medio de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) , en el que

-un primer grupo de una o varias unidades de regulación (3) , que están dispuestas entre la salida de la tensión seleccionada y la salida de la tensión del potencial máximo de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) , acondicionan en cada caso una tensión intermedia (U1, U2, U3, U4) , que corresponde a la diferencia de la tensión

entre el potencial de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar y el potencial máximo de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar, dividida por el número de las unidades de regulación (3) del primer grupo, y

-un segundo grupo de unidades de regulación (3) , que están dispuestas entre la salida de la tensión seleccionada y la salida de la tensión del potencial mínimo de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) , que acondicionan en cada

caso una tensión intermedia, que corresponde a la diferencia entre el potencial de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar y el potencial mínimo de la tensión de salida a acondicionar, dividida por el número de las unidades de regulación (3) del segundo grupo.

9. Dispositivo convertidor (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la unidad de control (5) está configurada para realizar de forma cíclica o continua, para el acondicionamiento de las tensiones de salida, la variación de las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) de las unidades de regulación (3) , de manera que las tensiones intermedias (U1, U2, U3, U4) , son acondicionadas continuamente o en ventanas de tiempo sucesivas.

10. Procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo convertidor de acuerdo con la reivindicación 1, con las siguientes etapas:

-control de la pluralidad de unidades de regulación (3) , de manera que las unidades de regulación (3) acondicionan

potenciales de la tensión intermedia, que contienen los potenciales de la tensión de salida (VOUT1, VOUT2, VOUT3) a acondicionar,

-control de los elementos selectores (41) , de manera que en cada caso se selecciona uno de los potenciales de la tensión intermedia (V0, V1, V2, V3, V4) y se acondiciona en una salida (A1, A2, A3) correspondiente.