Módulos conectados en CA con patrón de variación de tensión o frecuencia de línea para control de energía.

Un método de controlar de manera automática una intensidad o tensión aplicada a una batería mediante lamonitorización de una característica de una línea de corriente alterna (CA),

que comprende

determinar, en un primer módulo, si una intensidad o tensión monitorizada de la batería satisface un criteriopredeterminado;

en respuesta a la intensidad o tensión que satisface el criterio, cambiar automáticamente por vía del primermódulo la característica de la línea de CA usando un algoritmo de generación de patrones que produce unasalida modificada que varía la característica de la línea de CA de acuerdo con un primer patrónpredeterminado que es producido mediante una primera función, en el que el primer módulo incluye un primercontrolador programado con instrucciones legible por máquina para llevar a cabo el algoritmo de generaciónde patrones y está acoplado eléctricamente a la batería y a al menos una fuente de energía en CA; y

detectar en un segundo módulo remoto con respecto al primer módulo por vía de un algoritmo de detecciónde patrones, la salida modificada y, en respuesta a la detección, causar que la intensidad o tensión aplicada ala batería cargar la batería sea cambiada por vía del primer módulo, en el que el segundo módulo incluye unsegundo controlador programado con instrucciones legibles por máquina para llevar a cabo el algoritmo dedetección de patrones y está acoplado eléctricamente al primer módulo.

Módulos conectados en CA con patrón de variación de tensión o frecuencia de línea para control de energía Campo de la invención Esta invención se refiere en general a aparatos y métodos para controlar la energía suministrada a una batería por 5 vía de módulos conectados en CA con generación y detección de patrón de variación de frecuencia o tensión de línea predeterminada.

Antecedentes En un sistema de suministro eléctrico distribuido en el cual la energía es distribuida mediante equipamiento de distribución eléctrica, controlado mediante módulos de generación de energía distribuidos, y almacenada en 10 elementos de almacenamiento, puede estar presente un exceso de energía en el sistema de suministro eléctrico, el cual puede dañar dispositivos eléctricos, particularmente las baterías. Una solución para evitar los efectos dañinos del exceso de energía desarrollado en un sistema de suministro eléctrico es proveer comunicación mediante cables entre los dispositivos de control para impedir o minimizar el exceso de energía. Esta solución impide que los dispositivos de control sean colocados alejados unos de otros y requiere cableado de control adicional para ser

instalado entre los diferentes dispositivos de control. Otra solución es descargar el exceso de energía en cargas resistivas pero esto es, obviamente un derroche y una distribución ineficiente de energía.

Lo que se necesita, por ello, es una solución que no requiera el uso de cables entre los dispositivos de control de un sistema de suministro eléctrico para impedir el exceso de energía o las cargas resistivas para absorber de forma derrochadora el exceso de energía.

Breve resumen La integración de sistemas convertidores de potencia con fuentes de energías renovables y su interacción dentro de una estructura de microrred se presenta con posibilidad de aplicación en isla fuera de la red, conectada a la red y conectada a los generadores para instalaciones residenciales y comerciales. La arquitectura del sistema incorpora módulos de generación de energía distribuida (DPG) con modos de operación flexibles para controlar el flujo de 25 potencia para la priorización de energía y maximización de la eficiencia del sistema. Diferentes fuentes de energía están integradas en el sistema de microrred para una operación de control de la DPG estable y robusta bajo condiciones dinámicas y transitorias en los puertos de CC y CA del convertidor híbrido. La estructura de control está implementada al nivel del dispositivo y no hay necesidad de interfaces de protocolo de comunicaciones entre el convertidor híbrido y el inversor PV. En el modo en isla fuera de la red cuando la energía suministrada por el inversor 30 PV fluye en el convertidor híbrido bidireccional, la tensión o intensidad de la batería de CC pueden alcanzar niveles inaceptables. Un método de control implementado dentro del convertidor híbrido usa un algoritmo de generación de patrones que varía la frecuencia de línea con una tasa de cambio de frecuencia específica relacionada con la tasa de cambio de CC o que varía la tensión de línea. El inversor PV cesa de convertir potencia hasta que los límites de la frecuencia de línea de CA son restaurados al rango normal cuando el nivel de CC de la batería vuelve a caer 35 dentro de los límites de punto de consigna especificados. El agente de comunicación es la frecuencia o tensión de la línea de CA, la cual es controlada de forma precisa por el convertidor híbrido. Además, el control del inversor PV es mejorado con la implementación de un algoritmo de detección de patrones que monitoriza en continuo la frecuencia o tensión de línea de la microrred y reduce su potencia si se detecta un patrón específico mientras que el conversor

híbrido varía la frecuencia o tensión de línea determinada mediante el perfil de carga deseado. El método de control 40 propuesto puede ser aplicado a sistemas de CA mono-, tri- o polifásicos.

Los que anteceden y aspectos adicionales de la presente invención quedarán claros a los expertos normales en la técnica a la vista de la descripción detallada de varias realizaciones, la cual se hace con referencia a los dibujos, una descripción de los cuales se proporciona a continuación.

Breve descripción de los dibujos 45 Las que anteceden y otras ventajas de la invención quedarán claras con la lectura de la descripción detallada que sigue y con referencia a los dibujos.

La figura 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema de suministro eléctrico de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación;

La figura 2 es un diagrama de bloques funcional de un algoritmo de control que incluye un algoritmo generador de 50 patrones ejecutado por un controlador del controlador híbrido mostrado en la figura 1;

La figura 3A es una gráfica que muestra tres patrón predeterminados distintos producidos por el algoritmo de generación de patrones, el cual varía la frecuencia de línea de acuerdo con cualquiera de los patrones predeterminados;

La figura 3B es una gráfica de tres patrón predeterminados que se corresponden con la tasa de cambio de la respuesta en frecuencia de la línea de CA como una función de la variación de la tensión en CC de la batería mostrada en la figura 1;

La figura 4 es un diagrama de bloques funcional de un método de control para el inversor PV que incluye un algoritmo de detección de patrones ejecutado por un controlador del inversor PV mostrado en la figura 1;

La figura 5A es un diagrama de bloques de un controlador de tipo proporcional-integral-derivativo (PID) para su uso en el algoritmo de detección de patrones mostrado en la figura 4;

La figura 5B es un diagrama de bloques de una transformada de óndula y de función selección de patrón para su uso en el algoritmo de detección de patrones mostrado en la figura 4 en lugar del controlador del inversor PV mostrado en la figura 5A;

La figura 6 es luna gráfica que ilustra tres curvas que demuestran la respuesta en potencia del inversor PV en respuesta a la detección de un cambio de patrón lineal en la frecuencia de la línea y la respuesta en CC asociada de un perfil de cargas en tres etapas de la batería; y

La figura 7 es una gráfica que ilustra cuatro curvas que corresponden a la tensión de la batería, la frecuencia de línea, la salida de potencia del inversor PV y la intensidad de carga en CA que demuestran el efecto de la respuesta en salida de potencia del inversor PV en respuesta a la detección de un patrón predeterminado en la frecuencia de la línea y la respuesta en CC de la batería asociada.

Aunque la invención es susceptible de diferentes modificaciones y formas alternativas, se han mostrado realizaciones específicas a modo de ejemplo en los dibujos y se describirán con detalle en este documento. Debe entenderse, no obstante, que no se pretende que la invención esté limitada a las formas particulares divulgadas. Antes bien, la invención está para cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que caigan dentro del espíritu y alcance de la invención según se define por las reivindicaciones adjuntas.

Descripción detallada La figura 1 es un diagrama de bloques funcional de un sistema de suministro eléctrico 100 (al que también se hace referencia como una microrred) que incluye módulos de generación de energía distribuida (DPG) , elementos de almacenamiento de energía distribuidos, equipamiento de distribución eléctrica y cargas controlables 114. El sistema de suministro eléctrico 100 incluye un sistema 134 acoplado en CA y un sistema 136 acoplado en CC opcional. El sistema de suministro eléctrico 100 incluye un sistema acoplado en corriente alterna (CA) que tiene un primer modulo o convertidor híbrido 102 que está acoplado a un segundo módulo o inversor fotovoltaico (PV) 104 a través de un punto de acoplamiento común (PCC) 116. El primer módulo 102 está acoplado también a una batería 106, tal como un banco de baterías. El primer módulo 102 cambia de forma automática una característica (por ejemplo. frecuencia o tensión) de una línea de corriente alterna (CA) , Vac, usando un algoritmo de generación de patrones 124 que produce una salida modificada en una primera salida 130c de CA que varía la característica (por ejemplo, frecuencia o tensión) de la línea de CA de acuerdo con un primer patrón predeterminado que es producido mediante una primera función. El primer módulo 102 incluye un primer controlador 122 programado con instrucciones legibles por máquina para llevar a cabo el algoritmo de generación de patrones 124 y está acoplado eléctricamente a la batería 106 y a, al menos, una fuente de energía en CA 108, 110. En el ejemplo ilustrado,... [Seguir leyendo]

1. Un método de controlar de manera automática una intensidad o tensión aplicada a una batería mediante la monitorización de una característica de una línea de corriente alterna (CA) , que comprende determinar, en un primer módulo, si una intensidad o tensión monitorizada de la batería satisface un criterio predeterminado; en respuesta a la intensidad o tensión que satisface el criterio, cambiar automáticamente por vía del primer módulo la característica de la línea de CA usando un algoritmo de generación de patrones que produce una salida modificada que varía la característica de la línea de CA de acuerdo con un primer patrón predeterminado que es producido mediante una primera función, en el que el primer módulo incluye un primer controlador programado con instrucciones legible por máquina para llevar a cabo el algoritmo de generación de patrones y está acoplado eléctricamente a la batería y a al menos una fuente de energía en CA; y detectar en un segundo módulo remoto con respecto al primer módulo por vía de un algoritmo de detección de patrones, la salida modificada y, en respuesta a la detección, causar que la intensidad o tensión aplicada a la batería cargar la batería sea cambiada por vía del primer módulo, en el que el segundo módulo incluye un segundo controlador programado con instrucciones legibles por máquina para llevar a cabo el algoritmo de detección de patrones y está acoplado eléctricamente al primer módulo.

2. El método de la reivindicación 1, en el que la característica es una frecuencia o una tensión de la línea de CA.

3. El método de la reivindicación 1, en el que el criterio es si la intensidad o tensión de la batería excede, o cae por debajo, de una intensidad o tensión predeterminada.

4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que el primer módulo incluye un convertidor híbrido para suministrar y recibir energía.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que el segundo módulo está acoplado a una unidad de conversión de energía renovable que convierte una fuente de energía renovable en electricidad.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que el segundo módulo incluye un inversor fotovoltaico que recibe energía solar desde un conjunto fotovoltaico acoplado al segundo módulo y emite una correspondiente intensidad en CA.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que la característica es variada dentro de un límite anti-isla de la línea de CA, en el que la línea de CA está tasad para oscilar en una frecuencia fundamental y en el que el límite anti-isla no excede 2 Hz por encima o por debajo de la frecuencia fundamental.

8. El método de la reivindicación 7, en el que el límite anti-isla está dentro de un límite anti-isla según está definido por el Underwriters Laborator y (UL) 1741 o el Institute of electrical and Electronic Engineers (IEEE) 1547.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que la primera función incluye una función exponencial, una función lineal o una función lineal-exponencial.

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que la característica de la línea de CA es variada primero de acuerdo con el primer patrón predeterminado y segundo de acuerdo con un segundo patrón predeterminado que es producido mediante una segunda función que difiere de la primera función.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que el algoritmo de detección de patrones incluye una función transformada de ondícula, un PID, una lógica difusa o una Transformada de Fourier Rápida.

12. El método de la reivindicación 2, en el que el criterio es si la intensidad o tensión de la batería cae fuera de un rango predeterminado de intensidad o tensión, en el que el primer módulo incluye un convertidor híbrido que suministra y recibe energía, en el que el segundo módulo está acoplado a una unidad de conversión de energía renovable que convierte una fuente de energía renovable en electricidad, en el que el segundo módulo incluye un inversor fotovoltaico que recibe energía solar desde un conjunto fotovoltaico acoplado al segundo módulo y emite una intensidad correspondiente y en el que la primera función incluye una función exponencial, una función lineal o una función lineal-exponencial.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones que preceden, en el que la fuente de energía en CA es una red de suministro o un sistema de generación distribuida (generadores) .

14. El método de la reivindicación 12 o 13, en el que la característica es variada dentro de un límite anti-isla de la línea de CA, en el que la línea de CA está oscila en una frecuencia fundamental y en el que el límite anti-isla no excede un Hertzio por encima o por debajo de la frecuencia fundamental.

15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que el algoritmo de detección de patrones incluye una función transformada de ondícula.