Procedimiento y sistema para convertir una corriente continua (cc) en corriente alterna (ca) utilizando un inversor fotovoltaico.

Un procedimiento para convertir una alimentación de corriente continua (cc) generada por una pluralidad de instalaciones (12) fotovoltaicas (PV) en una alimentación de corriente alterna (ca) utilizando un inversor (10) PV que presenta un circuito (26) de elevación de voltaje de cc para cada una de las instalaciones PV y un inversor (37) de cc a ca,

comprendiendo el procedimiento:

aplicar (106) la alimentación de cc generada por cada instalación PV a una respectiva entrada del inversor PV;

operar (140) cada instalación PV a una tensión de alimentación máxima correspondiente a la salida de alimentación máxima de la instalación PV para producir la alimentación de cc;

calcular (152, 154) de forma periódica una tensión de enlace de cc en base a la tensión de salida de ca del inversor PV por una red (14) eléctrica de alimentación;

determinar (136, 138, 148) un ciclo de trabajo para cada instalación PV que regula la instalación PV para emitir la tensión de alimentación máxima para la instalación PV y que eleva el voltaje de la tensión de alimentación máxima hasta al menos la tensión de enlace de cc mínima;

aplicar (140) el ciclo de trabajo a cada circuito de elevación de voltaje de cc para elevar el voltaje de la alimentación de cc desde la instalación PV conectada al circuito de elevación de voltaje de cc desde la tensión de alimentación máxima de la instalación PV hasta una tensión de enlace de cc mínima; convertir (122, 152) la potencia de cc elevada de voltaje en una alimentación de ca y,

desactivar (156) el circuito de elevación de voltaje de cc conectado a la instalación PV que presenta una tensión de alimentación máxima tan elevada como la tensión de enlace de cc mínima.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E08167891.

Solicitante: GENERAL ELECTRIC COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 1 RIVER ROAD SCHENECTADY, NY 12345 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: LEONARD,JOHN ANDREW.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02J3/38 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › H02J 3/00 Circuitos para redes principales o de distribución, de corriente alterna. › Disposiciones para la alimentación en paralelo de una sola red por dos o más generadores, convertidores o transformadores.
  • H02M1/00 H02 […] › H02M APARATOS PARA LA TRANSFORMACION DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE ALTERNA, DE CORRIENTE ALTERNA EN CORRIENTE CONTINUA O DE CORRIENTE CONTINUA EN CORRIENTE CONTINUA Y UTILIZADOS CON LAS REDES DE DISTRIBUCION DE ENERGIA O SISTEMAS DE ALIMENTACION SIMILARES; TRANSFORMACION DE UNA POTENCIA DE ENTRADA EN CORRIENTE CONTINUA O ALTERNA EN UNA POTENCIA DE SALIDA DE CHOQUE; SU CONTROL O REGULACION (transformación de la corriente o de la tensión especialmente adaptada para su uso en los relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/02; sistemas de regulacion de variables eléctricas o magnéticas en general, p. ej. utilizando transformadores, reactancias o bobinas de choque, combinacion de tales sistemas con convertidores estáticos G05F; para computadores digitales G06F 1/00; transformadores H01F; conexión o control de un convertidor teniendo en cuenta su unión funcional con una fuente similar u otra fuente de alimentación H02J; convertidores dinamoeléctricos H02K 47/00; control de los transformadores, reactancias o bobinas de choque, control o regulación de motores, generadores eléctricos o convertidores dinamoeléctricos H02P; generadores de impulsos H03K). › Detalles de aparatos para transformación.
  • H02M1/36 H02M […] › H02M 1/00 Detalles de aparatos para transformación. › Medios para arrancar o parar convertidores.
  • H02M3/156 H02M […] › H02M 3/00 Transformación de una potencia de entrada en corriente continua en una potencia de salida en corriente continua. › con control automático de la tensión o de la corriente de salida, p. ej. reguladores de conmutación.

PDF original: ES-2532005_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Procedimiento y sistema para convertir una corriente continua (cc) en corriente alterna (ca) utilizando un inversor fotovoltaico

La presente invención se refiere, en general, a la generación de potencia utilizando células fotovoltaicas (PV) y, en concreto para convertir la alimentación de corriente continua (cc) eléctrica generada por las células PW en corriente alterna (ca) eléctrica utilizada por muchas redes de distribución de alimentación y aparatos eléctricos.

Las células PV están dispuestas en una instalación (designada como "instalación PV"), como por ejemplo una instalación de paneles planos. La alimentación de cc generada por las células en una instalación es descargada desde la instalación a través de una salida de alimentación común de la instalación. Cada instalación PV presenta un punto de alimentación máxima (MPP) y un correspondiente punto de tensión (Vmpp) en el que la instalación produce la alimentación máxima. El MPP y el Vmpp varían con la cantidad de luz solar que llega a la instalación PV. Por ejemplo, el MPP y el Vmpp pueden variar lentamente a lo largo del día desde que el sol sale hasta que se pone. El MPP y el Vmpp pueden variar rápidamente en cuanto las nubes reducen la luz solar que llega a una Instalación PV. La operación de la Instalación PV y su MPP y su Vmpp incrementan la eficiencia operativa de la instalación y garantiza la máxima potencia de salida de las instalaciones. Sin embargo, la instalación de salida y la alimentación de salida de la instalación deben ser ajustadas de manera regular para efectuar el seguimiento de los cambios del MPP y el Vmpp debidos a las variaciones de la luz solar que llega a la instalación.

La alimentación de cc generada por una instalación PV es convertida en alimentación de ca utilizando un convertidor de cc a ca (cc - ca) que incluye unos inversores PV y / o unos convertidores de alimentación estáticos (SPCs). Las instalaciones PV están eléctricamente conectadas a los inversores PV de los convertidores cc - ca. Cada inversor PV puede recibir una alimentación de cc de una o más instalaciones PV independientes. Están siendo desarrollados múltiples inversores PV de entrada para adaptarse a las instalaciones PV encaradas en diferentes direcciones, por ejemplo, tanto para orientaciones del techo del Este como del Oeste para las instalaciones PV.

Los inversores PV comerciales pueden conseguir eficiencias de conversión de cc a ca superiores a un 94% y alojar múltiples instalaciones fotovoltaicas. Para conseguir eficiencias elevadas, los Inversores PV operan, de modo preferente, las instalaciones PV en su Vmpp. Los inversores PV efectúan el seguimiento de los cambios del Vmpp para sus respectivas instalaciones y regulan la tensión de salida de cada instalación para situarse de modo preferente en el Vmpp para cada instalación.

Los inversores PV también elevan el voltaje de la tensión entrante procedente de las instalaciones PV hasta un nivel de tensión más alto apropiado para la inversión requerida para generar la tensión de ca predeterminada. La elevación del voltaje de una instalación PV provoca una pérdida de alimentación y una reducción de la eficiencia del inversor PV. Existe una necesidad largamente sentida para Incrementar la eficiencia de los convertidores cc - ca para la Instalaciones PV y, en particular, para reducir al mínimo la pérdida de eficiencia resultante de la elevación de voltaje de las Instalaciones PV.

El documento EP-A-1 852 962 se refiere a un aparato de conversión de alimentación que eleva el voltaje de la luz solar, y la convierte de cc a ca y suministra la alimentación de ca a una carga o sistema. En particular, una tensión de la luz solar desde la fuente de alimentación de cc es elevada de voltaje por un circuito de interrupción periódica para generar una fuente de alimentación de cc de una tensión más alta. Cuando la tensión de la luz solar sobrepasa una tensión predeterminada, la operación de elevación de voltaje del circuito de Interrupción periódica es detenida reduciendo de esta manera la pérdida de potencia debida a la elevación de voltaje.

El documento JP-A-2006/302147 se refiere a un elevador de voltaje que lleva a cabo un control de la elevación de voltaje de la salida de un módulo de células solares. El elevador de voltaje Incorpora un circuito de control de seguimiento del punto de potencia máximo (MPPT), que está conectado al módulo de células solares, y controla el punto de operación del módulo para potenciar al máximo la alimentación generada. Una pluralidad de convertidores de elevación de voltaje, cada uno de los cuales está conectado al circuito de control del MPPT, elevan el voltaje de las tensiones de salida bajo el control del circuito de control del MPPT.

El documento US-A-5 801 519 se refiere a una técnica para controlar una variable de un circuito eléctrico de conmutación que comprende un esquema generalizado que utiliza la correlación entre los cambios en la entrada y los correspondientes cambios en la salida para sincronizar el punto operativo.

El documento US-A-2005/105224 se refiere a un aparato inversor que Incluye una pluralidad de convertidores. Cada convertidor recibe una alimentación de cc procedente de una instalación de células solares respectiva de una correspondiente pluralidad de instalaciones que presentan diferentes Intervalos de tensión de salida. La pluralidad de convertidores presentan diferentes intervalos de entrada de tensión correspondientes a los diferentes intervalos de tensión de salida de las instalaciones, y cada control, en base a una señal de control de modulación de frecuencia por impulsos recibidA de una correspondiente unidad de control de los convertidores, una tensión de salida de su instalación respectiva, con el fin de potenciar al máximo la alimentación de salida.

Resumiendo, el documento divulga las siguientes características de la reivindicación 1:

Un procedimiento para convertir la alimentación de corriente continua generada por una pluralidad de células fotovoltaicas en una alimentación de corriente alterna utilizando un inversor PV que presenta un circuito de elevación de voltaje de cc para cada una de las instalaciones PV y un inversor de cc a ca, comprendiendo el procedimiento:

- aplicar la alimentación de cc generada por cada instalación PV a una respectiva entrada del inversor PV;

operar cada instalación PV a una tensión de alimentación máxima correspondiente a una salida de alimentación máxima de la Instalación PV para producir la alimentación de cc;

determinar un ciclo de trabajo para cada instalación PV que regula la Instalación PV para emitir la máxima tensión de alimentación de la Instalación PV y eleva la potencia de la tensión de alimentación máxima hasta 10 al menos una tensión de enlace de cc mínima;

aplicar el ciclo de trabajo a cada circuito de elevación de voltaje de cc para elevar el voltaje de la alimentación de cc procedente de la instalación PV al circuito de elevación de voltaje de cc desde la tensión de alimentación máxima de la instalación PV hasta al menos de la tensión de enlace de cc mínima;

convertir la potencia de cc elevada de voltaje a la alimentación de ca;

La presente Invención proporciona un procedimiento como se define en la reivindicación adjunta 1, y un inversor fotovoltalco como se define en la reivindicación adjunta 5.

Se ha desarrollado un procedimiento para Incrementar la eficiencia del inversor PV mediante la desactivación de la Elevación de Voltaje de cc - cc (tensión de salida PV a la Tensión del Enlace de cc del Inversor PV).

De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para convertir la 20 alimentación de corriente continua (cc) generada por una pluralidad de Instalaciones fotovoltaicas (PV) en alimentación de corriente alterna (ca) utilizando un Inversor PV que incorpora un circuito de elevación de voltaje de cc para cada una de las instalaciones PV y un Inversor de cc a ca, comprendiendo el procedimiento: aplicar la alimentación cc generada por cada instalación PV a una respectiva entrada del Inversor PV; operar cada instalación PV a una tensión de alimentación máxima correspondiente a una salida de alimentación máxima de la instalación PV 25 para producir la alimentación de cc; determinar un ciclo de trabajo para cada instalación PV que regula la salida PV

hasta la alimentación de potencia máxima para la instalación PV y eleva el voltaje de la tensión de la alimentación máxima hasta una tensión de enlace de cc mínima; aplicar el ciclo de trabajo a cada circuito de elevación de voltaje de cc para elevar el voltaje de la alimentación de cc a partir... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Un procedimiento para convertir una alimentación de corriente continua (cc) generada por una pluralidad de instalaciones (12) fotovoltaicas (PV) en una alimentación de corriente alterna (ca) utilizando un inversor (10) PV que presenta un circuito (26) de elevación de voltaje de cc para cada una de las instalaciones PV y un inversor (37) de cc a ca, comprendiendo el procedimiento:

aplicar (106) la alimentación de cc generada por cada instalación PV a una respectiva entrada del inversor PV;

operar (140) cada instalación PV a una tensión de alimentación máxima correspondiente a la salida de alimentación máxima de la instalación PV para producir la alimentación de cc;

calcular (152, 154) de forma periódica una tensión de enlace de cc en base a la tensión de salida de ca del inversor PV por una red (14) eléctrica de alimentación;

determinar (136, 138, 148) un ciclo de trabajo para cada instalación PV que regula la instalación PV para emitir la tensión de alimentación máxima para la instalación PV y que eleva el voltaje de la tensión de alimentación máxima hasta al menos la tensión de enlace de cc mínima;

aplicar (140) el ciclo de trabajo a cada circuito de elevación de voltaje de cc para elevar el voltaje de la alimentación de cc desde la instalación PV conectada al circuito de elevación de voltaje de cc desde la tensión de alimentación máxima de la instalación PV hasta una tensión de enlace de cc mínima;

convertir (122, 152) la potencia de cc elevada de voltaje en una alimentación de ca y,

desactivar (156) el circuito de elevación de voltaje de cc conectado a la instalación PV que presenta una tensión de alimentación máxima tan elevada como la tensión de enlace de cc mínima.

2.- El procedimiento de la reivindicación 1, en el que la determinación de una tensión de enlace de cc mínima comprende:

determinar una tensión de enlace de cc permisible mínima en base a la tensión de salida de ca del inversor PV.

3 - El procedimiento de la reivindicación 2, en el que la determinación de una tensión de enlace de cc mínima comprende además la división de la tensión de enlace de cc permisible mínima determinada por un ciclo de trabajo máximo del inversor de cc a ca para determinar la tensión de enlace de cc mínima.

4.- El procedimiento de la reivindicación 1, 2 o 3, que comprende además la actualización (128) de forma periódica de la tensión de alimentación máxima y la determinación del ciclo de trabajo de la tensión de alimentación máxima actualizada.

5.- El procedimiento de cualquier reivindicación precedente, en el que la instalación PV con la elevación de voltaje desactivada es una primera instalación PV y la alimentación procedente de las instalaciones PV adicionales es introducida en el inversor (10) PV, comprendiendo además el procedimiento la elevación de voltaje de forma separada de la alimentación procedente de cada instalación PV adicional con la desactivación al tiempo del circuito de elevación de voltaje de cc conectado a la primera instalación PV, en el que la tensión de enlace de cc mínima es la alimentación de alimentación máxima para la primera instalación PV.

6.- Un inversor (10) fotovoltaico, que comprende:

una pluralidad de conexiones de entrada adaptadas cada una para recibir la alimentación de corriente continua (cc) de una instalación (12) fotovoltaica (PV);

una pluralidad de circuitos (26) de elevación de voltaje de cc eléctricamente conectados a una respectiva conexión de salida de la pluralidad de conexiones de entrada, en el que cada circuito (26) de elevación de voltaje de cc incluye al menos un conmutador (28) operado de acuerdo con un ciclo de trabajo;

un circuito (19) de enlace de cc eléctricamente conectado a una salida de cc procedente de cada uno de los circuitos (26) de elevación de voltaje de cc, en el que el circuito (19) de enlace de cc incluye un inversor de corriente de cc en corriente alterna (ca) y una salida de alimentación de ca adaptada para suministrar una alimentación de ca a una red (14) de alimentación de ca, y

un controlador (16) configurado para:

determinar una tensión a la que cada una de las instalaciones (12) PV conectadas a una conexión de entrada produce una salida de alimentación máxima;

el cálculo periódico de una tensión de enlace de cc mínima en base a la tensión de salida de ca del inversor PV por una red (14) eléctrica de alimentación;

generar el ciclo de trabajo para cada circuito (26) de elevación de voltaje de cc para controlar al menos un conmutador para provocar que la Instalación (12) PV produzca la salida de alimentación 5 máxima a la tensión determinada y que el circuito (26) de elevación de voltaje de cc emita al

menos una tensión de enlace de cc mínima, y la desactivación de uno de los circuitos (26) de elevación de voltaje de cc acoplados a una Instalación (12) PV generando una tensión al menos tan elevada como la tensión de enlace de cc mínima.

7.- El Inversor (10) fotovoltalco de la reivindicación 6, en el que el controlador (16) está además configurado para 10 repetir de forma periódica las etapas de determinar la tensión a la que cada una de las instalaciones (12) PV conectadas a una conexión de entrada produce una salida de alimentación máxima; y generar el ciclo de trabajo para cada circuito (26) de elevación de voltaje.


 

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