Sistema y método de conversión de energía.

Sistema de conversión de energía para convertir energía eléctrica procedente de al menos una fuente deenergía,

que comprende

una pluralidad de cadenas de convertidor que acoplan la al menos una fuente de energía a al menos una carga,en el que al menos dos de las cadenas de convertidor comprenden una unidad de disipación asociada, y en elque las unidades de disipación están acopladas por medio de al menos un conmutador;

un controlador dispuesto para controlar el al menos un conmutador para encaminar la energía que va adisiparse desde una de las cadenas de convertidor

- hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor

- o hasta al menos una de las otras unidades de disipación

- o hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor y hasta al menos una de las otrasunidades de disipación,

para provocar la disipación correspondiente de la energía que va a disiparse.

Sistema y método de conversión de energía

Campo técnico

La invención se refiere, en general, a un sistema para convertir energía eléctrica y a un método para convertir energía eléctrica. Por ejemplo, el sistema y el método pueden convertir energía eléctrica procedente de un generador de turbina eólica y proporcionar la energía convertida al suministro de energía de red eléctrica.

Antecedentes El documento US 2009/0001725 A1 describe un sistema de convertidor con una pluralidad de módulos de convertidor que pueden convertir la energía eléctrica producida por un generador en energía eléctrica aplicable a una red de distribución de uso general. Los módulos de convertidor comprenden convertidores CA/CC de generador, enlaces de CC con condensadores de enlace de CC y convertidores CC/CA de red de distribución y pueden habilitarse o deshabilitarse en respuesta a un parámetro relacionado con la cantidad variable de energía eléctrica producida por el generador. Los interruptores de frenado para la disipación de energía residual pueden acoplarse en paralelo a los condensadores de enlace de CC.

El documento US 2004/0100102 A1 se refiere a una instalación de energía eólica con múltiples sistemas de generación de energía independientes dispuestos en paralelo, pero interconectados de manera conmutable para permitir el funcionamiento continuado en el caso de un fallo de componente crítico.

El documento US 2008/0297088 A1 describe un sistema de accionamiento de combustible/eléctrico con un generador y una pluralidad de módulos de convertidor con un conmutador de conexión entre los enlaces de CC de dos de los convertidores que permite que se alimente energía el enlace de CC de uno de los convertidores por medio del otro.

Sumario Un primer aspecto de la invención se refiere a un sistema de conversión de energía para convertir energía eléctrica procedente de al menos una fuente de energía. El sistema comprende una pluralidad de cadenas de convertidor que acoplan la al menos una fuente de energía a al menos una carga. Al menos dos de las cadenas de convertidor comprenden una unidad de disipación asociada. Las unidades de disipación están acopladas por medio de al menos un conmutador. Un controlador está dispuesto para controlar el al menos un conmutador para encaminar la energía que va a disiparse desde una de las cadenas de convertidor hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor, o hasta al menos una de las otras unidades de disipación, o hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor y hasta al menos una de las otras unidades de disipación, para provocar la disipación correspondiente de la energía que va a disiparse.

Un segundo aspecto de la invención se refiere a un método para convertir energía eléctrica que comprende encaminar la energía eléctrica procedente de al menos una fuente de energía hasta al menos una carga por medio de una pluralidad de cadenas de convertidor. Al menos dos de las cadenas de convertidor comprenden una unidad de disipación asociada. Las unidades de disipación están acopladas por medio de al menos un conmutador. Controlando el al menos un conmutador, la energía que va a disiparse desde una de las cadenas de convertidor se encamina hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor, o hasta al menos una de las otras unidades de disipación, o hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor y hasta al menos una de las otras unidades de disipación, para provocar la disipación correspondiente de la energía que va a disiparse.

Breve descripción de los dibujos En la siguiente descripción, la invención se explicará en más detalle con referencia a los ejemplos de implementación mostrados en los dibujos, en los que

la figura 1 es una vista global esquemática de un ejemplo del sistema de conversión de energía;

la figura 2 muestra una ilustración esquemática de otro ejemplo del sistema de conversión de energía;

la figura 3 ilustra un ejemplo de funcionamiento del sistema de conversión de energía de figura 2;

la figura 4 ilustra otro ejemplo del funcionamiento del sistema de conversión de energía de figura 2;

la figura 5 ilustra un ejemplo adicional del funcionamiento del sistema de conversión de energía de figura 2;

la figura 6 muestra una ilustración esquemática de otro ejemplo del sistema de conversión de energía;

la figura 7 muestra una ilustración esquemática de un ejemplo adicional del sistema de conversión de energía;

la figura 8 muestra una ilustración esquemática de otro ejemplo del sistema de conversión de energía; la figura 9 muestra una ilustración esquemática de aún otro ejemplo del sistema de conversión de energía;

la figura 10 muestra una ilustración esquemática de aún otro ejemplo del sistema de conversión de energía; y

la figura 11 muestra un diagrama de estado que ilustra esquemáticamente un ejemplo del método para convertir energía.

Descripción detallada La invención se refiere a un sistema de conversión de energía para convertir energía eléctrica procedente de al menos una fuente de energía.

Por ejemplo, esta al menos una fuente de energía puede ser un generador de turbina eólica que proporciona energía de CA eléctrica; o una pluralidad de generadores de turbina eólica puede proporcionar energía al sistema de conversión de energía como una pluralidad de fuentes de energía. Alternativamente, un generador de turbina eólica puede dividirse en una pluralidad de segmentos de generador, que producen una pluralidad de salidas de energía de CA independientes y representan por tanto fuentes de energía separadas. Los generadores segmentados aumentan la fiabilidad de un generador, ya que los casos de avería de generador se refieren en su mayoría sólo a segmentos de generador individuales, de modo que los otros segmentos pueden seguir funcionando.

El sistema de conversión de energía acopla la al menos una fuente de energía a al menos una carga, por ejemplo la red de suministro de energía de red eléctrica. Por tanto, el sistema de conversión de energía puede convertir en un ejemplo la energía de CA eléctrica procedente de un generador de turbina eólica en energía de CA adaptada a los requisitos de la red de suministro de energía de red eléctrica y suministrar la energía de CA convertida a la red de suministro de energía de red eléctrica. Otros componentes, tales como uno o más transformadores, pueden acoplarse entre el sistema de conversión de energía y la carga. En otro ejemplo, el sistema de conversión de energía puede acoplar la energía procedente de la al menos una fuente de energía a una pluralidad de cargas, por ejemplo una pluralidad de redes de suministro.

Además, el sistema de conversión de energía comprende una pluralidad de cadenas de convertidor que pueden proporcionar trayectorias de transferencia de energía diferentes desde la al menos una fuente de energía hasta la al menos una carga. En un ejemplo, por ejemplo si las cadenas de convertidor acoplan una única fuente de energía a una carga común, las cadenas de convertidor pueden conectarse eléctricamente en paralelo. En otros ejemplos, las cadenas de convertidor pueden no estar conectadas en sus entradas o sus salidas o ambas, por ejemplo si las cadenas de convertidor están acopladas a fuentes de energía diferentes o cargas diferentes o ambas. Si se proporciona acoplamiento galvánico sólo en un lado de las cadenas de convertidor o no se proporciona en absoluto, el flujo de corriente cruzado desde una cadena de convertidor hasta la otra puede evitarse o al menos limitarse.

Proporcionar una pluralidad de cadenas de convertidor para acoplar la al menos una fuente de energía a la al menos una carga permite la distribución de la corriente producida por la al menos una fuente de energía a la pluralidad de cadenas de convertidor, con el resultado de que las corrientes inferiores fluyen a través de las cadenas de convertidor individuales. Además, las implementaciones con una pluralidad de cadenas de convertidor pueden mejorar la fiabilidad del sistema de conversión de energía y proporcionar redundancia. Por ejemplo, cada cadena de convertidor puede comprender conmutadores controlables para aislar, y por tanto desactivar, componentes de cadenas de convertidor individuales de la al menos una fuente de energía y la al menos una carga. Además, las cadenas de convertidor pueden acoplarse por medio de conmutadores controlables para permitir la derivación de componentes de cadena de convertidor desactivados. Por tanto, en algunos ejemplos puede ser posible distribuir toda o parte de la energía encaminada de otro... [Seguir leyendo]

1. Sistema de conversión de energía para convertir energía eléctrica procedente de al menos una fuente de energía, que comprende una pluralidad de cadenas de convertidor que acoplan la al menos una fuente de energía a al menos una carga, en el que al menos dos de las cadenas de convertidor comprenden una unidad de disipación asociada, y en el que las unidades de disipación están acopladas por medio de al menos un conmutador;

un controlador dispuesto para controlar el al menos un conmutador para encaminar la energía que va a disiparse desde una de las cadenas de convertidor

- hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor

- o hasta al menos una de las otras unidades de disipación

- o hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor y hasta al menos una de las otras unidades de disipación,

para provocar la disipación correspondiente de la energía que va a disiparse.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que las unidades de disipación están acopladas por medio del al menos un conmutador a un punto de conexión común.

3. Sistema según la reivindicación 1 ó 2, en el que las cadenas de convertidor comprenden convertidores de energía CA/CC de lado de fuente y convertidores de energía CC/CA de lado de carga, que están acoplados por medio de enlaces de CC.

4. Sistema según la reivindicación 3, en el que los enlaces de CC de las cadenas de convertidor están acopladas por medio de al menos un conmutador controlable mediante el controlador.

5. Sistema según la reivindicación 3 ó 4, en el que las cadenas de convertidor comprenden conmutadores controlables mediante el controlador para aislar los convertidores de energía de lado de fuente y los convertidores de energía de lado de carga.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 3-6, en el que las unidades de disipación están acopladas a los enlaces de CC de sus cadenas de convertidor asociadas.

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las unidades de disipación están acopladas a las entradas de sus cadenas de convertidor asociadas para permitir el encaminamiento de la energía de entrada recibida por las cadenas de convertidor hasta sus unidades de disipación asociadas.

8. Sistema de transferencia de energía según la reivindicación 7, en el que cada unidad de disipación comprende varios elementos de disipación que son iguales al número de fases de la energía de entrada, y en el que las líneas de fase que llevan las fases de la energía de entrada están acopladas por medio de conmutadores a los elementos de disipación.

9. Método para convertir energía eléctrica, que comprende:

encaminar la energía eléctrica procedente de al menos una fuente de energía hasta al menos una carga por medio de una pluralidad de cadenas de convertidor, en el que al menos dos de las cadenas de convertidor comprenden una unidad de disipación asociada, y en el que las unidades de disipación están acopladas por medio de al menos un conmutador;

encaminar la energía que va a disiparse desde una de las cadenas de convertidor

- hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor

- o hasta al menos una de las otras unidades de disipación

- o hasta la unidad de disipación asociada de la cadena de convertidor y hasta al menos una de las otras unidades de disipación,

controlando por consiguiente el al menos un conmutador, para provocar la disipación correspondiente de la energía que va a disiparse.

10. Método según la reivindicación 9, que comprende monitorizar parámetros indicativos de la presencia de la energía que va a disiparse en una o más de las cadenas de convertidor.

11. Método según la reivindicación 10, que comprende detectar la presencia de la energía que va a disiparse en una

o más de las cadenas de convertidor.

12. Método según las reivindicaciones 10 u 11, que comprende detectar uno o más de los siguientes: un caso de avería de un componente de lado de fuente de una cadena de convertidor, un caso de avería de un componente de lado de carga de una cadena de convertidor, un caso de avería de la al menos una fuente de energía y un caso de avería de la carga.

13. Método según la reivindicación 12, que comprende encaminar la energía de entrada recibida por la cadena de convertidor, a medida que se disipa la energía, hasta al menos una de las unidades de disipación si el caso de avería detectado es un caso de avería de un componente de lado de fuente de una cadena de convertidor o un caso de avería de la al menos una fuente de energía, y encaminar la energía presente entre los componentes de lado de fuente y los componentes de lado de carga de las cadenas de convertidor, a medida que se disipa la energía, hasta al menos una de las unidades de disipación si el caso de avería detectado es un caso de avería de un componente de lado de carga de una cadena de convertidor o un caso de avería de la carga.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9-13, que comprende encaminar la energía que va a disiparse hasta más de una de las unidades de disipación si la cantidad de energía que va a disiparse supera un umbral o si un caso de avería dura más que un intervalo de tiempo predeterminado.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones 9-14, que comprende detectar si una unidad de disipación está no disponible y encaminar la energía que va a disiparse hasta una o más de las otras unidades de disipación si la unidad de disipación asociada está no disponible.