Procedimiento y dispositivo para filtrar una corriente y/o voltaje de una salida de filtro de una salida de inversor.

Procedimiento para detectar distorsiones relacionadas con el filtro de una corriente o voltaje de lasalida de filtro de un filtro de salida de un inversor u otra fuente de energía conectada a la red,

que comprende lasetapas:

definir una estructura de señal general para representar una señal estimada de la corriente o voltaje de la salida delfiltro por medio de una función sinusoidal que tiene una onda fundamental y al menos un armónico de orden máselevado, donde la función sinusoidal se define por la frecuencia, amplitud y fase de la onda fundamental y laamplitud y fase de cada armónico,

estimar la amplitud y fase de la onda fundamental y / o cada armónico por medio de un filtro, un filtro adaptativo y / oun observador, en particular un filtro Kalman,

estimar las distorsiones comparando la señal estimada con una señal de referencia medida del filtro,donde las distorsiones relacionadas con el filtro se detectan en un filtro paso bajo L-C-L que tiene dos inductancias yun condensador conectados en una estructura en forma de T que se usa como el filtro de salida y la distorsión de lacorriente o voltaje de la salida se detecta estimando una señal de salida de filtro en el filtro de salida y comparándolacon una señal medida del filtro que representa la señal de salida,

donde el voltaje en el condensador se usa como la referencia del observador para calcular el error del observador.

Procedimiento y dispositivo para filtrar una corriente y/o voltaje de una salida de filtro de una salida de inversor

La presente solicitud se dirige a un procedimiento para estimar o filtrar la corriente o voltaje de una salida de filtro de un filtro de salida de un inversor conectado a la red como se establece en la porción de clasificación de la reivindicación 1. La invención trata además de un procedimiento para detectar distorsiones de una corriente o voltaje de una salida de filtro de un filtro de salida de un inversor conectado a la red de acuerdo con la porción de clasificación de la reivindicación 9, y un procedimiento para minimizar la distorsión armónica total de una corriente o voltaje de una salida en un filtro de salida de un inversor conectado a la red como se establece en la porción de clasificación de la reivindicación 13. La presente invención trata además de un inversor que conlleva tales procedimientos y un sistema solar que comprende tal inversor.

Los inversores de red se usan ampliamente, por ejemplo para conectar generadores de energía solar a una red pública. La mayoría de los dispositivos disponibles en el mercado están optimizados para suministrar una corriente CA sinusoidal a una frecuencia de la red independiente de la distorsión del voltaje de la red. Sin embargo se desea añadir armónicos de amortiguación a la corriente CA que atenúen la distorsión de la red. Los inversores conectados a la red están equipados con filtros L-C-L para minimizar la distorsión armónica total en la salida inversora. Los filtros se diseñan de acuerdo con la tipología del inversor (es decir soportando la alimentación de corriente monofásica o trifásica a la red eléctrica) . La función de transferencia de un diseño de filtro típico muestra un pico de resonancia significativo que se debe atenuar para satisfacer los estándares de suministro de energía nacional.

Las soluciones comerciales conocidas se basan en un modelo de filtro con parámetros conocidos del filtro L-C-L que sean modelados. Ya que no se pueden evitar las tolerancias del dispositivo y el deterioro de parámetros variables en el tiempo durante la operación, estos procedimientos muestran una degradación del rendimiento sustancial con una falta de coincidencia de los parámetros en aumento. En otras palabras, de acuerdo con las soluciones de la técnica anterior, se diseña una compensación sólo con respecto a un modelo dado de manera exacta. Sin embargo, al menos la calidad de esta compensación disminuirá, si el modelo no cumple de manera exacta con el sistema dado, en particular con el filtro L-C-L dado. Tales diferencias se pueden producir en primer lugar debido a que no se modela de manera exacta el sistema correspondiente. En segundo lugar, los parámetros reales del sistema cambiarán al menos ligeramente, por ejemplo debido a los efectos de temperatura o similares.

Como resultado, la compensación no se adapta completamente al sistema real. En particular, la compensación no corresponde a la frecuencia del pico de resonancia del filtro. Tal falta de coincidencia de la frecuencia modelada y la frecuencia real del pico de resonancia puede dar como resultado una compensación deficiente de dicho pico de resonancia. Dependiendo de la técnica de compensación y la falta de coincidencia, la compensación en algunos casos podría incluso dar como resultado una mejora del pico de resonancia. Además, se debe observar que los problemas de compensación podrían no reconocerse, puesto que la salida del filtro de salida se conecta a la red, que normalmente no comprende una señal sinusoidal clara. Es decir incluso una medición del voltaje de la salida podría mostrar distorsiones, pero la medición no dará una conclusión acerca de si las distorsiones corresponden a una compensación insuficiente o a problemas inherentes a la red.

El documento de BEIDES H M Y COL.: "DYNAMIC STATE ESTIMATION OF POWER SYSTEM HARMONICS USING KALMAN FILTER METHODOLOGY", se dirige a una estimación del estado de los armónicos del sistema de energía en el proceso de estimar las magnitudes del voltaje del bus y los ángulos de fase de la fundamental y los armónicos más elevados según mediciones redundantes y ruidosas. Este documento propone usar un filtro Kalman para obtener la estimación óptima del contenido armónico del sistema de energía. La publicación japonesa JP-4364-378-A se dirige a una salida de un generador de energía eléctrica solar, que es convertida por un inversor y siendo filtrados los armónicos más elevados por un filtro y vinculándose la energía a un sistema de energía industrial tras cerrarse un conmutador. Una corriente de la salida del inversor y un voltaje de un sistema de distribución de energía se dan a conocer para introducirse en un detector de CA.

Como consecuencia, un objeto de la presente invención es mejorar la señal de salida en la salida del filtro L-C-L y en particular mejorar la atenuación. La invención tiene el objetivo además de proporcionar una solución que sea menos dependiente de los parámetros de los componentes del filtro o la impedancia de la red que la conocida por la técnica anterior. En particular, un objetivo es proporcionar una solución, que sea independiente de al menos uno o todos los parámetros mencionados anteriormente.

Como consecuencia, la invención proporciona un procedimiento para estimar o filtrar una señal de voltaje o corriente alterna que comprende las etapas:

definir una estructura de señal general para representar la señal estimada por medio de una función sinusoidal que tenga una onda fundamental y al menos un armónico de orden más elevado, donde la función sinusoidal se define por la frecuencia, amplitud y fase de la onda fundamental y la amplitud y fase de cada armónico,

estimar la amplitud y fase de la onda fundamental y / o cada armónico por medio de un filtro, un filtro adaptativo y / o un observador, en particular un filtro Kalman,

donde la señal estimada se compara con la señal medida correspondiente.

De acuerdo con una forma de realización de la invención la señal de voltaje o corriente alterna es una corriente o voltaje de la salida de un filtro de salida de un inversor u otra fuente de energía controlada conectada a la red como se establece en la reivindicación 2. Tal fuente de energía controlada podría ser un suministro de energía de CA o una fuente de corriente CA. Como consecuencia, se define una estructura de señal general para representar la corriente o voltaje de la salida del filtro estimada. En otras palabras, se proporciona una estructura o modelo básico de la señal generalmente esperada en la salida del filtro. Su estructura de señal general comprende una onda fundamental de una función sinusoidal ya que la salida del filtro se conecta a la red y la red comprende una función sinusoidal del voltaje. Sin embargo el voltaje de la red y de ese modo el voltaje de la salida del filtro comprende distorsiones. Estas distorsiones pueden depender de una pluralidad de razones, en particular debido a cargas asimétricas en la red. La estructura de señal general es decir el modelo de la señal de salida del filtro estimada tiene en cuenta estas distorsiones comprendiendo al menos un armónico adicional de orden más elevado. Por ejemplo, se tienen en cuenta los diez primeros armónicos. Normalmente, las distorsiones en el voltaje de la red influyen principalmente a los diez primeros armónicos y los armónicos adicionales pueden a menudo ser rechazados.

Para adaptar esta estructura de señal general a la señal de salida del filtro estimada se tienen que fijar y se tienen que adaptar la amplitud y la fase de la onda fundamental y los armónicos. Esto se hace por medio de un filtro, un filtro adaptativo y / o un observador, en particular un filtro Kalman. La señal modelada resultante se compara con la señal medida y la diferencia de ambas señales actúa a modo de una función de corrección o adaptación para adaptar o ajustar dichas amplitudes y fases.

Se debe observar, que se espera que la frecuencia del pico de resonancia sea mayor que la frecuencia del décimo armónico y de forma adecuada no será un múltiplo de la frecuencia de la red. Como resultado, la señal modelada no contendrá o representará el pico de resonancia o sólo lo hará de manera muy deficiente. Por lo tanto, el pico de resonancia permanecerá de forma bastante clara en la diferencia de la señal modelada y la señal medida.

El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 puede en general usar cualquier tipo de observador o filtro, en particular un filtro adaptativo para estimar amplitudes y las fases. Sin embargo, ya que se espera que la señal medida comprenda ruido, es ventajoso usar un filtro Kalman.

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1. Procedimiento para detectar distorsiones relacionadas con el filtro de una corriente o voltaje de la salida de filtro de un filtro de salida de un inversor u otra fuente de energía conectada a la red, que comprende las etapas:

definir una estructura de señal general para representar una señal estimada de la corriente o voltaje de la salida del filtro por medio de una función sinusoidal que tiene una onda fundamental y al menos un armónico de orden más elevado, donde la función sinusoidal se define por la frecuencia, amplitud y fase de la onda fundamental y la amplitud y fase de cada armónico,

estimar la amplitud y fase de la onda fundamental y / o cada armónico por medio de un filtro, un filtro adaptativo y / o un observador, en particular un filtro Kalman,

estimar las distorsiones comparando la señal estimada con una señal de referencia medida del filtro,

donde las distorsiones relacionadas con el filtro se detectan en un filtro paso bajo L-C-L que tiene dos inductancias y un condensador conectados en una estructura en forma de T que se usa como el filtro de salida y la distorsión de la corriente o voltaje de la salida se detecta estimando una señal de salida de filtro en el filtro de salida y comparándola con una señal medida del filtro que representa la señal de salida,

donde el voltaje en el condensador se usa como la referencia del observador para calcular el error del observador.

2. Procedimiento para minimizar la distorsión armónica total de una corriente o voltaje de la salida de un filtro de salida de un inversor conectado a la red, que comprende las etapas:

generar una corriente de la salida por medio de un inversor u otra fuente de energía controlada introducida en el filtro de salida,

definir una estructura de señal general para representar una señal estimada de la corriente o voltaje de la salida del filtro por medio de una función sinusoidal que tiene una onda fundamental y al menos un armónico de orden más elevado, donde la función sinusoidal se define por la frecuencia, amplitud y fase de la onda fundamental y la amplitud y fase de cada armónico,

detectar una señal de distorsión de la corriente o voltaje de la salida del filtro en base a dicha señal estimada por medio de un filtro, un filtro adaptativo y / o un observador, en particular un filtro Kalman,

adaptar la generación de la corriente de la salida para compensar la distorsión detectada, donde un filtro paso bajo L-C-L que tiene una estructura en forma de T con al menos 2 inductancias y un condensador se usa como el filtro de salida, la señal de distorsión se detecta midiendo el voltaje en el condensador, y

el valor fijado para la corriente generada por el inversor se adapta de acuerdo con el voltaje medido en el condensador.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 donde un valor fijado para la señal de corriente generada por el inversor se calcula integrando o diferenciando la diferencia de la corriente de la salida del filtro y la corriente de la entrada del filtro.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, donde la señal de distorsión se detecta de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.

5. Procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, que comprende además la etapa de corregir la corriente de la salida del inversor para compensar la potencia reactiva.

6. Inversor u otra fuente de energía controlada para alimentar corriente a la red, que comprende:

un filtro de salida paso bajo L-C-L para filtrar la corriente,

una unidad de procesamiento llevada a cabo como procesador de señal digital y que comprende un código de programa adaptado para llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones antes mencionadas cuando se ejecuta por el procesador de señal digital, en el que se detectan distorsiones relacionadas con el filtro en el filtro de salida paso bajo L-C-L.

7. Inversor u otra fuente de energía controlada de acuerdo con la reivindicación 6, donde el filtro paso bajo tiene una frecuencia de resonancia por encima de al menos el doble de la frecuencia de la red, en particular por encima de diez veces la frecuencia de la red y en particular en el intervalo de 1-2 kHz.

8. Sistema solar que comprende un generador solar y un inversor de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 y 7. 10