Procedimiento y sistema para prever una tensión de fuente de CC alta con una tensión de CC más baja en un convertidor de potencia de dos fases.

Un procedimiento (400) de control para un sistema (200, 300) de convertidor de potencia,

comprendiendo el sistema (200, 300) de convertidor de potencia un convertidor (220, 320) configurado para proporcionar una potencia (215) de CC a partir de una fuente de potencia de CC, un inversor (230, 330) configurado para convertir la potencia (215) de CC que se proporciona por el convertidor (220, 320) en una potencia (235) de CA, y un enlace (325) de CC que tiene una tensión de enlace de CC que acopla el convertidor (220, 320) y el inversor (230, 330), comprendiendo el procedimiento (400):

operar (410) la tensión del enlace (325) de CC a una primera tensión de enlace de CC durante una condición de estado estacionario;

en respuesta a una condición transitoria, detectar una tensión en circuito abierto generada por la fuente de potencia de CC;

en respuesta a la detección de una tensión en circuito abierto, ajustar (430) la tensión del enlace (325) de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta una segunda tensión de enlace de CC, siendo la segunda tensión de enlace de CC menor que la primera tensión de enlace de CC;

acoplar (440) la fuente de potencia de CC con el sistema de convertidor de potencia;

proporcionar (450) la potencia (215) de CC al enlace (325) de CC a partir de la fuente de potencia de CC; y, convertir (460) la potencia (215) de CC en el enlace (325) de CC en una potencia de CA;

en el que ajustar (430) la tensión del enlace (325) de CC comprende variar un punto operativo del inversor (230, 330) con el fin de mantener la tensión del enlace (325) de CC menor que una tensión en circuito abierto para la fuente de potencia de CC.

Procedimiento y sistema para prever una tensión de fuente de CC alta con una tensión de CC más baja en un convertidor de potencia de dos fases

Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, al campo de la generación de energía eléctrica solar y, más en particular, a procedimientos y sistemas para prever una tensión de fuente de CC alta en un sistema de convertidor de energía eléctrica solar.

Antecedentes de la invención

La generación de energía solar se está volviendo una fuente de energía progresivamente mayor en todo el mundo. Los sistemas de generación de energía solar incluyen por lo general uno o más conjuntos fotovoltaicos (conjuntos PV) que tienen múltiples células solares interconectadas que convierten energía solar en potencia de CC a través del efecto fotovoltaico. Con el fin de interconectar la salida de los conjuntos PV con una red de servicio público, un sistema de convertidor de potencia se usa para cambiar la salida de intensidad de CC y de tensión de CC del conjunto PV a una forma de onda de intensidad de CA de 60 / 50 Hz que introduce potencia en la red de servicio público.

Existen diversos sistemas de convertidor de potencia para ¡nterconectar la salida de CC de un conjunto PV (u otra fuente de potencia de CC) con la red de CA. Una implementación de un sistema de convertidor de potencia incluye dos fases, una fase de convertidor elevador y una fase de inversor. La fase de convertidor elevador controla el flujo de potencia de CC desde el conjunto PV hasta un bus de CC o enlace de CC (al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento como el "enlace de CC"). La fase de inversor convierte la potencia que se suministra al enlace de CC en una forma de onda de CA adecuada que puede enviarse a la red de CA.

Se plantean muchas situaciones en las que es necesario dar cabida a un conjunto PV (u otra fuente de potencia de CC) que tiene una tensión en circuito abierto elevada, tal como una tensión en circuito abierto de aproximadamente 1000 Vcc o más. En tales situaciones, es deseable tener un sistema de convertidor de potencia que opere a una tensión de fuente de conjunto PV y una tensión de enlace de CC que sea menor que la tensión en circuito abierto del conjunto PV. Esto es debido, principalmente, a que los dispositivos de electrónica de potencia que se usan en el sistema de convertidor de potencia, tal como los transistores bipolares de puerta aislada (IGBT), por lo general se seleccionan para dar cabida a la tensión de potencia máxima del conjunto PV, no la tensión en circuito abierto del conjunto PV.

Por ejemplo, la figura 1 ¡lustra una curva 10 de tensión - intensidad típica (a la que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento como una "curva de V -1") para un conjunto PV a una temperatura y una irradiación particulares.

La figura 2 ¡lustra una curva 20 de potencia típica para un conjunto PV a una temperatura y una Irradiación particulares. El punto de potencia máxima para el conjunto PV tiene lugar a la intensidad que se indica por la línea 12 de trazos en las figuras 1 y 2. La tensión del conjunto PV en la línea 12 de trazos es la tensión de potencia máxima para el conjunto PV. El punto 14 de la figura 1 representa la tensión en circuito abierto (tensión cuando la intensidad es cero) del conjunto PV. Tal como se ¡lustra, la tensión de potencia máxima del conjunto PV es, por lo general, menor que la tensión en circuito abierto del conjunto PV.

Si el sistema de convertidor de potencia opera a una tensión de fuente de conjunto PV o una tensión de enlace de CC sustancialmente igual a o más grande que la tensión en circuito abierto del conjunto PV, el sistema de convertidor de potencia requeriría unos dispositivos de electrónica de potencia con un valor asignado más alto. Los dispositivos de electrónica de potencia con un valor asignado más alto por lo general son más costosos y tienen unas pérdidas por conducción más elevadas, conduciendo a una eficiencia reducida. Además, el uso de unos dispositivos de electrónica de potencia con una tensión asignada más alta que la tensión de potencia máxima da como resultado una eficiencia operativa reducida. Por lo tanto, existe una necesidad de tener un sistema de convertidor de potencia que opere a una tensión de fuente de conjunto PV y una tensión de enlace de CC que sea menor que la tensión en circuito abierto del conjunto PV.

Una vez que un sistema de convertidor de potencia de dos fases está funcionando en unas condiciones de estado estacionario, el inversor puede regular la tensión de enlace de CC de tal modo que la tensión de enlace de CC es menor que la tensión en circuito abierto del conjunto PV. No obstante, durante un arranque o durante otras condiciones transitorias cuando el conjunto PV se acopla en primer lugar, se desacopla o se reacopla con el convertidor, el sistema de convertidor de potencia puede tener que dar cabida de forma temporal a una tensión en circuito abierto u otra tensión de fuente alta del conjunto PV. Las condiciones transitorias pueden dar lugar a que la tensión de enlace de CC o la tensión de fuente de conjunto PV vaya por encima de un punto de desconexión de sobretensión para el sistema de convertidor de potencia, conduciendo a daño o a desconexión del conjunto PV con respecto al sistema de convertidor de potencia.

El documento WO-A-2006/111428 se refiere a un procedimiento para operar un inversor que tiene un dispositivo elevador, que está conectado aguas arriba por medio de un enlace de corriente continua, en el que el dispositivo elevador recibe una Intensidad variable a partir de una fuente de corriente continua. La tensión de enlace de corriente continua se ve disminuida cuando la intensidad se eleva y el dispositivo elevador se aproxima a un valor máximo del factor de utilización de impulsos, y se ve elevada cuando la intensidad se estabiliza.

El documento WO-A-2006/134848 se refiere a un dispositivo de conversión de tensión que comprende un convertidor de tensión y un circuito de control para controlar el convertidor de tensión. El circuito de control tiene un valor umbral prescrito, que es más bajo que una tensión objetivo, y controla un convertidor elevador de acuerdo con el valor umbral prescrito.

El documento US-A-2003/128556 se refiere a un procedimiento de detección de intensidad y a un circuito para el arranque de convertidores de conmutación en paralelo con conmutadores bidireccionales de intensidad de salida.

Por lo tanto, existe una necesidad de un procedimiento y sistema para prever una tensión de fuente alta en un sistema de convertidor de potencia durante el arranque, la parada u otra condición transitoria que mantenga la tensión de enlace de CC y la tensión de fuente de conjunto PV menor que la tensión en circuito abierto del conjunto

PV.

Breve descripción de la invención

La presente invención proporciona un procedimiento de control para un sistema de convertidor de potencia tal como se define en la reivindicación adjunta 1, y un sistema de potencia tal como se define en la reivindicación adjunta 10.

Los aspectos y ventajas de la invención se expondrán en parte en la siguiente descripción, o pueden ser obvios a partir de la descripción, o pueden aprenderse a través de la práctica de la invención.

Una realización a modo de ejemplo de la presente divulgación se dirige a un procedimiento de control para un sistema de convertidor de potencia. El sistema de convertidor de potencia incluye un convertidor configurado para proporcionar una potencia de CC a partir de una fuente de potencia de CC, un inversor configurado para convertir la potencia de CC que se proporciona por el convertidor en una potencia de CA, y un enlace de CC que tiene una tensión de enlace de CC que acopla el convertidor y el inversor. El procedimiento incluye operar la tensión de enlace de CC del enlace de CC a una primera tensión de enlace de CC; generar una tensión en circuito abierto en la fuente de potencia de CC; ajustar la tensión de enlace de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta una segunda tensión de enlace de CC, siendo la segunda tensión de enlace de CC menor que la primera tensión de enlace de CC; acoplar la fuente de potencia de CC con el sistema de convertidor de potencia; proporcionar una potencia de CC al enlace de CC a partir de la fuente de potencia de CC; y, convertir la potencia de CC en el enlace de CC en una potencia de CA.

Otra realización a modo de ejemplo de la presente divulgación se dirige a un sistema de potencia. El sistema de potencia incluye un convertidor configurado para proporcionar una potencia de CC a partir de una fuente de potencia de CC, un Inversor configurado para... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento (400) de control para un sistema (200, 300) de convertidor de potencia, comprendiendo el sistema (200, 300) de convertidor de potencia un convertidor (220, 320) configurado para proporcionar una potencia (215) de CC a partir de una fuente de potencia de CC, un inversor (230, 330) configurado para convertir la potencia (215) de CC que se proporciona por el convertidor (220, 320) en una potencia (235) de CA, y un enlace (325) de CC que tiene una tensión de enlace de CC que acopla el convertidor (220, 320) y el inversor (230, 330), comprendiendo el procedimiento (400):

operar (410) la tensión del enlace (325) de CC a una primera tensión de enlace de CC durante una condición de estado estacionario;

en respuesta a una condición transitoria, detectar una tensión en circuito abierto generada por la fuente de potencia de CC;

en respuesta a la detección de una tensión en circuito abierto, ajustar (430) la tensión del enlace (325) de CC

desde la primera tensión de enlace de CC hasta una segunda tensión de enlace de CC, siendo la segunda

tensión de enlace de CC menor que la primera tensión de enlace de CC;

acoplar (440) la fuente de potencia de CC con el sistema de convertidor de potencia;

proporcionar (450) la potencia (215) de CC al enlace (325) de CC a partir de la fuente de potencia de CC; y,

convertir (460) la potencia (215) de CC en el enlace (325) de CC en una potencia de CA;

en el que ajustar (430) la tensión del enlace (325) de CC comprende variar un punto operativo del inversor (230, 330) con el fin de mantener la tensión del enlace (325) de CC menor que una tensión en circuito abierto para la fuente de potencia de CC.

2. El procedimiento (400) de la reivindicación 1, en el que después de la conversión (460) de la potencia (215) de CC en el enlace (325) de CC en una potencia de CA, el procedimiento (400) comprende controlar (470) la tensión de enlace de CC para que sea menor que la tensión en circuito abierto de la fuente de potencia de CC.

3. El procedimiento (400) de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que la primera tensión de enlace de CC y la segunda tensión de enlace de CC son menores que la tensión en circuito abierto de la fuente (470) de potencia de CC.

4. El procedimiento (400) de cualquier reivindicación precedente, en el que ajustar (430) la tensión de enlace de CC del enlace (325) de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta una segunda tensión de enlace de CC comprende sobremodular el inversor (230).

5. El procedimiento (400) de la reivindicación 1, 2 o 3, en el que ajustar la tensión de enlace de CC del enlace (325) de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta una segunda tensión (430) de enlace de CC comprende introducir una potencia reactiva en el inversor (230, 330) a partir de una red (240) de CA.

6. El procedimiento (400) de cualquier reivindicación precedente, en el que acoplar la fuente de potencia de CC con el sistema (440) de convertidor de potencia comprende cerrar un disyuntor (315) automático de circuitos.

7. El procedimiento (400) de cualquier reivindicación precedente, en el que el procedimiento comprende además:

desacoplar (540) la fuente de potencia de CC con respecto al sistema de convertidor de potencia; y,

controlar (550) el convertidor (220) para mantener la tensión de enlace de CC menor que la tensión en circuito

abierto de la fuente de potencia de CC a medida que la fuente de potencia de CC se está desacoplando.

8. El procedimiento (400) de la reivindicación 7, en el que desacoplar (540) la fuente de potencia de CC comprende abrir un disyuntor (315) automático de circuitos que se encuentra entre la fuente de potencia de CC y el convertidor (220, 330).

9. El procedimiento (400) de la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en el que controlar (550) el convertidor comprende poner en cortocircuito la fuente de potencia de CC a través de un dispositivo de conmutación en el convertidor (220, 320).

10. Un sistema de potencia (200, 300), que comprende:

una fuente (210,310) de potencia de CC que tiene una tensión en circuito abierto;

un convertidor (220, 320) configurado para proporcionar una potencia de CC a partir de dicha fuente de potencia de CC;

un inversor (230, 330) configurado para convertir la potencia de CC a partir de dicho convertidor en una potencia de CA; y

un enlace (225, 325) de CC que acopla dicho convertidor y dicho inversor, teniendo dicho enlace de CC una tensión;

caracterizado por:

un sistema (250) de control configurado para controlar la tensión de dicho enlace de CC a una primera tensión de enlace de CC durante una condición de estado estacionario, comprendiendo dicho sistema de control un sensor (340) para detectar una tensión en circuito abierto generada por la fuente de potencia de CC en respuesta a una condición transitoria;

en el que, en respuesta a la detección de una tensión en circuito abierto, dicho sistema de control está configurado para ajustar la tensión del enlace (325) de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta una segunda tensión de enlace de CC, siendo la segunda tensión de enlace de CC menor que la primera tensión de enlace de CC, mediante la variación de un punto operativo del inversor (230, 330) con el fin de mantener la tensión de enlace de CC menor que una tensión en circuito abierto para la fuente de potencia de CC.

11. El sistema de potencia de la reivindicación 10, en el que la condición transitoria comprende acoplar la fuente de potencia de CC con el convertidor.

12. El sistema de potencia de la reivindicación 10 o la reivindicación 11, en el que la condición transitoria comprende desacoplar la fuente de potencia de CC del convertidor.

13. El sistema de potencia de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que dicho sistema de control está

configurado para ajustar la tensión de enlace de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta la segunda tensión de enlace de CC mediante la sobremodulación del inversor.

14. El sistema de potencia de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en el que dicho sistema de control está configurado para ajustar la tensión de enlace de CC desde la primera tensión de enlace de CC hasta la segunda 20 tensión de enlace de CC mediante la introducción de una potencia reactiva en el inversor a partir de una red de CA.