BR102016009010B1

BR102016009010B1 - Método para operar um sistema de distribuição de potência

Info

Publication number: BR102016009010B1
Application number: BR102016009010-5A
Authority: BR
Inventors: Teng Long; Stephen Wood; Ushindibaba MUPAMBIREYI
Original assignee: Ge Energy Power Conversion Technology Ltd
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2023-01-10
Also published as: CA2927524A1; EP3086432B1; US20160315501A1; CA2927524C; BR102016009010A2; US9954393B2; EP3086432A1; CN106067695A; CN106067695B

Abstract

SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA E MÉTODOS PARA OPERAR UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA. Um sistema de distribuição de potência é descrito. O sistema inclui uma barra de distribuição de ca principal (42) e uma barra de distribuição de ca de emergência (56). um sistema de acionamento híbrido (32) inclui uma máquina elétrica de indução (34) e um motor principal (36), o rotor da máquina elétrica e a extremidade de acionamento do motor principal são acoplados mecanicamente a uma carga (40), por exemplo, por meio de uma ligação mecânica, tal como uma caixa de engrenagens (38). O sistema inclui um primeiro retificador/inversor ativo (46) que tem terminais de entrada de ca conectados eletricamente à barra de distribuição de ca principal (42), e terminais de saída de cc. O sistema inclui um segundo retificador/inversor ativo (48) que tem terminais de entrada de cc conectados eletricamente à saída de cc do primeiro retificador/inversor ativo (46) por uma ligação de cc (50), e terminais de saída de ca conectados eletricamente à máquina elétrica de indução (34). Um sistema de reinício de supressão (54) inclui um retificador que tem terminais de entrada de ca, conectáveis eletricamente de modo seletivo à barra de distribuição de ca de emergência (56), e terminais de saída de cc, conectáveis (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a sistemas de distribuições de potência e, em particular, a sistemas de distribuição de potência marítimos ou sistemas de propulsão e distribuição de potência marítimos. O termo "embarcações marítimas" é destinado a incluir navios, sondas e quaisquer outras embarcações de superfície ou plataformas ou embarcações submersíveis (submarinas).

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Os sistemas de propulsão e distribuição de potência marítimos são bem conhecidos. Em uma típica disposição, uma série de conversores de potência é usada para realizar interface com uma barra de distribuição de ca principal a uma série de cargas que podem ser motores elétricos, por exemplo, motores de propulsão ou empuxadores. Outras cargas podem ser conectadas diretamente à barra de distribuição de ca principal ou conectadas a uma barra de distribuição de ca auxiliar, que é, por sua vez, conectada à barra de distribuição de ca principal por meio de um transformador. As barras de distribuição de ca tipicamente operam em diferentes tensões, por exemplo, 690VAC e 440VAC.

[003] Cada conversor de potência pode ser um conversor de "extremidade frontal ativa" (AFE) com um retificador/inversor ativo de lado de suprimento (ou ponte de "extremidade frontal") que tem terminais de ca conectados à barra de distribuição de ca principal e um retificador/inversor ativo de lado de carga conectado à carga. A saída de cc do retificador/inversor ativo de lado de suprimento é conectada à entrada de cc do retificador/inversor ativo de lado de carga por uma ligação de cc. Em operação normal, o retificador/inversor ativo de lado de suprimento irá operar como um retificador ativo para suprir potência à ligação de cc, e o retificador/inversor ativo de lado de carga irá operar como um inversor para suprir potência à carga.

[004] Cada retificador/inversor ativo, tipicamente, terá uma topologia convencional.

[005] Um motor principal (por exemplo, uma turbina ou motor a diesel) é conectado a geradores individuais que suprem potência à barra de distribuição de ca principal.

[006] A barra de distribuição de ca principal pode ser equipada com aparelho de comando elétrico protetor com interruptores de circuito e controles associados.

[007] O sistema de propulsão marítimo, tipicamente, incluirá uma primeira (ou porta) barra de distribuição de ca e uma segunda (ou estibordo) barra de distribuição de ca que são interconectados por um laço de barra de distribuição. Alguns sistemas de propulsão marítimos usam uma pluralidade de grupos ou seções de barra de distribuição de ca interconectados por uma pluralidade de laços de barra de distribuição para aproveitar a disponibilidade de potência.

[008] Em uma disposição mostrada na Figura 1, o sistema de propulsão marítimo 1 inclui um sistema de acionamento híbrido de entrada de potência/saída de potência (PTI/PTO) 2. O sistema de acionamento híbrido 2 inclui uma máquina elétrica de indução (ou assíncrona) 4 e um motor a diesel 6. O rotor da máquina elétrica 4 e a extremidade de acionamento do motor a diesel 6 são acoplados mecanicamente através de uma caixa de engrenagens 8, e são usados para acionar um empuxador de propulsão 10, por exemplo. A máquina elétrica 4 é conectada à barra de distribuição de ca principal 12 por meio de um conversor AFE 14 com um retificador/inversor ativo de lado de suprimento 16 que tem terminais de ca conectados à barra de distribuição de ca principal e um retificador/inversor ativo de lado de máquina18 conectado à máquina elétrica. A saída de cc do retificador/inversor ativo de lado de suprimento 16 é conectada à entrada de cc do retificador/inversor ativo de lado de máquina 18 por uma ligação de cc 20. Durante um modo PTI, a máquina elétrica 4 é operada como um motor, e é usada para acionar o empuxador de propulsão. A potência é suprida à máquina elétrica 4 da barra de distribuição de ca principal 12 através do conversor AFE 14, com o retificador/inversor ativo de lado de suprimento de ca 16 sendo operado como um retificador ativo e o retificador/inversor ativo de lado de máquina 18 sendo operado como um inversor. Durante um modo PTO, a máquina elétrica 4 é operada como um gerador, com o rotor da máquina elétrica sendo acionado pelo motor a diesel 6. A potência é suprida da máquina elétrica 4 à barra de distribuição de ca principal 12 através do conversor AFE 14, com o retificador/inversor ativo de lado de máquina 18 sendo operado como um retificador ativo e o retificador/inversor ativo de lado de suprimento 16 sendo operado como um inversor.

[009] Os geradores a diesel 22, 24 suprem potência à barra de distribuição de ca principal 12.

[010] Se o sistema de propulsão marítimo 1 estiver em uma situação de supressão de potência elétrica, os geradores a diesel 22, 24 não estão operacionais, e a máquina elétrica 4 tipicamente precisa recuperar a barra de distribuição de ca principal 12 através do suprimento de potência à barra de distribuição de ca principal através do conversor AFE 14. Em outras palavras, a máquina elétrica 4 será acionada pelo motor a diesel 6 e operada como um gerador. A presente invenção fornece um modo de suprir potência para magnetizar a máquina elétrica 4 durante um processo de reinício, de modo que a mesma possa, subsequentemente, suprir potência à barra de distribuição de ca principal 12 para propósitos de recuperação durante uma situação de supressão de potência elétrica.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[011] A presente invenção fornece um sistema de distribuição de potência (por exemplo, um sistema de distribuição de potência marítimo ou um sistema de distribuição e propulsão de potência marítimo) que compreende: uma barra de distribuição de ca principal; uma barra de distribuição de ca de emergência; um sistema de acionamento híbrido que compreende: uma máquina elétrica e um motor principal, sendo que o rotor da máquina elétrica e a extremidade de acionamento do motor principal são acoplados mecanicamente a uma carga, por exemplo, por meio de uma ligação mecânica, tal como uma caixa de engrenagens; Um primeiro retificador/inversor ativo (ou ponte de suprimento) que tem: terminais de entrada de ca conectados eletricamente à barra de distribuição de ca principal, e terminais de saída de cc; um segundo retificador/inversor ativo (ou ponte de máquina) que tem: terminais de entrada de cc conectados eletricamente à saída de cc do primeiro retificador/inversor ativo por uma ligação de cc, e terminais de saída de ca conectados eletricamente à máquina elétrica; e um sistema de reinício de supressão que compreende um retificador que tem terminais de entrada de ca conectáveis eletricamente de modo seletivo à barra de distribuição de ca de emergência, e terminais de saída de cc conectáveis eletricamente de modo seletivo à ligação de cc.

[012] A máquina elétrica será tipicamente uma máquina de indução (ou assíncrona). Porém, se a máquina elétrica for uma máquina síncrona de excitação externa e o circuito de excitação não estiver operacional por qualquer razão, o sistema de reinício de supressão e o processo descritos no presente documento podem ser usados para fornecer potência ao circuito de excitação.

[013] Pelo menos um gerador de ca será normalmente conectado eletricamente à barra de distribuição de ca principal. Os geradores de ca fornecem potência à barra de distribuição de ca principal durante operação normal do sistema de distribuição de potência e cada um tem um motor principal associado, por exemplo, uma turbina ou motor a diesel.

[014] No evento de uma situação de supressão de potência elétrica, em que nenhuma potência é suprida à barra de distribuição de ca principal dos um ou mais geradores de ca, o sistema de reinício de supressão pode ser usado para carregar parcialmente a ligação de cc da barra de distribuição de ca de emergência como parte de um processo de reinício de supressão. A barra de distribuição de ca de emergência é uma barra de distribuição de ca separada que é usada para manter potência a cargas cruciais no evento de uma situação de supressão de potência elétrica. Tipicamente, a barra de distribuição de ca de emergência terá sua própria fonte de alimentação específica, por exemplo, uma fonte de alimentação ininterrupta (UPS) adequada que pode fornecer potência quase instantânea à barra de distribuição de ca de emergência e/ou um gerador de ca sobressalente, tal como um gerador a diesel. No caso de um sistema de distribuição de potência marítimo ou sistema de distribuição e propulsão de potência marítimo, as cargas cruciais podem incluir sistemas de comunicação, sistemas de navegação, etc. O uso do sistema de reinício de supressão terá, preferencialmente, um impacto mínimo na operação da barra de distribuição de ca de emergência no suporte a essas cargas cruciais.

[015] Cada retificador/inversor ativo (ou ponte) empregado no sistema de distribuição de potência pode ter qualquer topologia adequada, tal como uma topologia de dois níveis-, três-níveis ou múltiplos-níveis, com uma série de dispositivos de comutação de potência de semicondutor completamente controlados e regulados com o uso de uma estratégia de modulação de largura de pulso (PWM), por exemplo.

[016] O sistema de distribuição de potência, conforme descrito no presente documento, pode ser um sistema de distribuição de potência marítimo ou sistema de distribuição e propulsão de potência marítimo. Nesse caso, o sistema de acionamento híbrido pode ser usado para acionar um propulsor ou empuxador de propulsão.

[017] O sistema de acionamento híbrido pode usar qualquer motor principal adequado, por exemplo, uma turbina ou motor a diesel.

[018] O sistema de reinício de supressão pode ser conectado eletricamente à barra de distribuição de ca de emergência por um interruptor de circuito, aparelho de comando elétrico protetor ou outros circuitos protetores para propósitos de isolamento de falha.

[019] O retificador pode ter qualquer topologia adequada, tal como uma topologia ativa com uma série de dispositivos de comutação de potência de semicondutor completamente controlados ou regulados com o uso de uma estratégia PWM, por exemplo, ou uma topologia passiva com uma série de diodos (ponte de diodo).

[020] Os terminais de entrada de ca do retificador podem ser conectados eletricamente à barra de distribuição de ca de emergência por um contator de ca ou outros meios de comutação. Os terminais de saída de cc do retificador podem ser conectados eletricamente à ligação de cc por um contator de cc ou outros meios de comutação. O contator de ca e/ou o contator de cc podem ser de qualquer tipo adequado, e podem ser controlados (isto é, abertos e fechados) por uma unidade de controle. Tanto o contator de ca como o contator de cc são fechados para conectar eletricamente o sistema de reinício de supressão entre a barra de distribuição de ca de emergência e a ligação de cc, isto é, de modo que a potência possa fluir da barra de distribuição de ca de emergência para a ligação de cc como parte de um processo de reinício de supressão. Considera-se que o sistema de reinício de supressão esteja desconectado eletricamente caso pelo menos um dentre o contator de ca e o contator de cc esteja aberto. O sistema de reinício de supressão é preferencialmente desconectado eletricamente da ligação de cc abrindo-se o contator de cc de modo que o retificador possa usar componentes nominais inferiores, isto é, componentes que são nominais para a tensão de ligação de cc parcial.

[021] O sistema de reinício de supressão pode incluir um transformador que tem enrolamentos primário e secundário. O enrolamento primário pode ser conectado eletricamente ao contator de ca e o enrolamento secundário pode ser conectado eletricamente aos terminais de entrada de ca do retificador. O transformador pode isolar o sistema de reinício de supressão da barra de distribuição de ca de emergência e fornecer benefícios de filtragem de ruído de modo comum e proteção. O transformador pode ter qualquer razão de transformador adequada, e pode fornecer uma função de aumento/redução, se necessário. O transformador e o retificador podem ter qualquer número adequado de fases, por exemplo, três. A corrente de carregamento que flui através do sistema de reinício de supressão pode ser limitada pela impedância de linha do transformador e pelo ângulo de disparo do retificador se uma topologia ativa for usada.

[022] A presente invenção fornece adicionalmente um método para operar o sistema de distribuição de potência, de acordo com qualquer reivindicação anterior, no evento de uma situação de supressão de potência elétrica, sendo que o método inclui as etapas de: conectar eletricamente o sistema de reinício de supressão entre a barra de distribuição de ca de emergência e a ligação de cc; suprir potência da barra de distribuição de ca de emergência à ligação de cc através do sistema de reinício de supressão para aumentar a tensão de ligação de cc para uma tensão de ligação de cc parcial que é menor do que a tensão de ligação de cc nominal (isto é, para carregar parcialmente a ligação de cc);operar o segundo retificador/inversor ativo como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc parcial à máquina elétrica para aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica para um fluxo magnético parcial que é menor do que o fluxo magnético nominal (isto é, para magnetizar ou escorificar parcialmente a máquina elétrica); desconectar eletricamente o sistema de reinício de supressão da barra de distribuição de ca de emergência e/ou da ligação de cc; suprir corrente da máquina elétrica à ligação de cc através do segundo retificador/inversor ativo para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal (isto é, para carregar completamente a ligação de cc); e aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica para o fluxo magnético nominal (isto é, magnetizar ou escorificar completamente a máquina elétrica).

[023] A presente invenção fornece adicionalmente um método para operar um sistema de distribuição de potência (por exemplo, um sistema de distribuição de potência marítimo ou um sistema de distribuição e propulsão de potência marítimo) no evento de uma situação de supressão de potência elétrica, sendo que o sistema de distribuição de potência compreende: uma barra de distribuição de ca principal; uma barra de distribuição de ca de emergência; um sistema de acionamento híbrido que compreende: uma máquina elétrica e um motor principal, sendo que o rotor da máquina elétrica e a extremidade de acionamento do motor principal são acoplados mecanicamente a uma carga, por exemplo, por meio de uma ligação mecânica, tal como uma caixa de engrenagens; um primeiro retificador/inversor ativo que tem: terminais de entrada de ca conectados eletricamente à barra de distribuição de ca principal, e terminais de saída de cc; um segundo retificador/inversor ativo que tem: terminais de entrada de cc conectados eletricamente à saída de cc do primeiro retificador/inversor ativo por uma ligação de cc, e terminais de saída de ca conectados eletricamente à máquina elétrica; em que o método compreende as etapas de: suprir potência da barra de distribuição de ca de emergência à ligação de cc para aumentar a tensão de ligação de cc a uma tensão de ligação de cc parcial, que é menor do que a tensão de ligação de cc nominal (isto é, para carregar parcialmente a ligação de cc); operar o segundo retificador/inversor ativo como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc parcial à máquina elétrica para aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica para um fluxo magnético parcial que é menor do que o fluxo magnético nominal (isto é, para magnetizar ou escorificar parcialmente a máquina elétrica); suprir corrente da máquina elétrica para a ligação de cc através do segundo retificador/inversor ativo para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal (isto é, para carregar completamente a ligação de cc); e aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica para o fluxo magnético nominal (isto é, para magnetizar ou escorificar completamente a máquina elétrica).

[024] Durante a etapa de magnetizar ou escorificar parcialmente a máquina elétrica, o segundo retificador/inversor ativo pode ser controlado de modo que a tensão de ca de saída do segundo retificador/inversor ativo tenha uma magnitude predeterminada e/ou uma frequência substancialmente síncrona à velocidade angular de rotação da máquina elétrica. O segundo ativo retificador/inversor pode ser operado durante um tempo predeterminado. Em uma disposição, a tensão de ligação de cc parcial pode ser entre cerca de 10% e cerca de 40% (preferencialmente, cerca de 30%) da tensão de ligação de cc nominal e o fluxo magnético parcial pode ser entre cerca de 10% e cerca de 40% (preferencialmente, cerca de 30%) do fluxo magnético nominal da máquina elétrica.

[025] Um processo de controle de alteração pode ser usado para suprir potência da máquina elétrica para a ligação de cc. O processo de controle de alteração pode fornecer uma pequena diferença (ou alteração) entre a velocidade síncrona e a velocidade de rotor, de modo que um torque seja gerado pela máquina elétrica. O torque gerado pode, então, ser usado para acionar a máquina elétrica em um modo de geração. Em uma disposição, o segundo retificador/inversor ativo pode ser operado como um retificador para suprir corrente da máquina elétrica para a ligação de cc para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal, e, então, operado subsequentemente como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc nominal para a máquina elétrica para aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica para o fluxo magnético nominal. Em outra disposição, o segundo retificador/inversor ativo pode ser operado como um retificador para suprir corrente da máquina elétrica para a ligação de cc para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal enquanto, ao mesmo tempo, o fluxo magnético da máquina elétrica é aumentado para o fluxo magnético nominal. Em outras palavras, é possível usar um processo de controle de alteração para aumentar a tensão de ligação de cc e o fluxo magnético da máquina elétrica ao mesmo tempo com o uso de um processo de controle de alteração adequado.

[026] A menos que explicitamente estabelecido, quaisquer componentes que são conectados eletricamente não precisam ser conectados eletricamente de um modo direto, mas podem ser conectados eletricamente de um modo indireto interpondo componentes quando apropriado.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[027] A Figura 1 é um desenho esquemático que mostra um sistema de distribuição e propulsão de potência marítimo conhecido com um sistema de acionamento híbrido; A Figura 2 é um desenho esquemático que mostra parte de um sistema de distribuição e propulsão de potência marítimo com um sistema de reinício de acordo com a presente invenção; A Figura 3 é um desenho esquemático que mostra o sistema de reinício da Figura 2; A Figura 4 é um diagrama de fluxo que mostra as etapas de um processo de reinício de supressão de acordo com a presente invenção; A Figura 5 é um desenho esquemático que mostra um primeiro processo de controle de alteração; A Figura 6 é um desenho esquemático que mostra um segundo processo de controle de alteração; e As Figuras 7 a 11 são gráficos que mostram os resultados de um processo de reinício de supressão simulado.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[028] Com referência à Figura 2, um sistema de propulsão e distribuição de potência marítimo 30 de acordo com a presente invenção inclui um sistema de acionamento híbrido PTI/PTO 32. O sistema de acionamento híbrido 32 inclui uma máquina elétrica de indução (ou assíncrona) 34 e um motor a diesel 36. O rotor da máquina elétrica 34 e a extremidade de acionamento do motor a diesel 36 são acoplados mecanicamente através de uma caixa de engrenagens 38, e são usados para acionar um empuxador de propulsão 40, por exemplo.

[029] A máquina elétrica 34 é conectada a uma barra de distribuição de ca principal 42 por meio de um conversor AFE 44 com uma ponte de suprimento 46 que tem terminais de ca conectados à barra de distribuição de ca principal por meio de um filtro 52, e uma ponte de máquina 48 conectada aos terminais da máquina elétrica. A saída de cc da ponte de suprimento 46 é conectada à entrada de cc da ponte de máquina 48 por uma ligação de cc 50 com um ou mais capacitores.

[030] Os geradores a diesel (não mostrados) suprem potência à barra de distribuição de ca principal 42.

[031] Um sistema de reinício de supressão 54 é conectado eletricamente entre uma barra de distribuição de ca de emergência 56 e a ligação de cc 50 do conversor AFE 44. O sistema de reinício de supressão 54 é conectado eletricamente à barra de distribuição de ca de emergência 56 por um interruptor de circuito 58. Será prontamente entendido que o interruptor de circuito 58 não é operado como parte do processo de reinício de supressão descrito em mais detalhes abaixo, mas apenas para propósitos de proteção e isolamento de falha.

[032] O sistema de reinício de supressão 54 é mostrado em mais detalhes na Figura 3 e inclui um retificador 60. Os dispositivos de comutação de semicondutor do retificador 60 podem ser controlados por uma unidade de controle (não mostrada). O retificador 60 tem terminais de saída de cc que são conectados eletricamente à ligação de cc 50 por um contator de cc 62 que é controlado para abrir e fechar por uma unidade de controle 64. O retificador 60 tem terminais de entrada de ca que são conectados eletricamente a um transformador 66. O transformador 66 inclui um enrolamento primário que é conectado eletricamente à barra de distribuição de ca de emergência 56 por um contator de ca 68 que é controlado para abrir e fechar pela unidade de controle 64, e um enrolamento secundário que é conectado eletricamente aos terminais de entrada de ca do retificador 60. O retificador 60 e o transformador 66 podem ter qualquer número adequado de fases, por exemplo, três.

[033] Quando o sistema de propulsão e distribuição marítimo está operando normalmente, o contator de ca 68 e o contator de cc 62 são abertos, de modo que o sistema de reinício de supressão 54 seja desconectado eletricamente da barra de distribuição de ca de emergência 56 e da ligação de cc 50.

[034] Se a embarcação marítima experimentar uma situação de supressão de potência elétrica, isto é, os geradores a diesel (não mostrados) não estiverem operacionais, o sistema de acionamento híbrido 32 pode ser usado para recuperar a barra de distribuição de ca principal 42 suprindo-se potência à mesma. Em outras palavras, a máquina elétrica 34 pode ser acionada pelo motor a diesel 36 de modo que a mesma seja operada como um gerador em um modo PTO para suprir potência à barra de distribuição de ca principal 42 através do conversor AFE 44. Mas antes que a máquina elétrica 34 possa ser operada como um gerador, a mesma deve receber potência a fim de magnetizar. Isso pode ser alcançado com o uso de um processo de reinício de supressão de múltiplas etapas descrito com referência à Figura 4.

[035] Em resposta a uma solicitação de reinício de supressão, o contator de ca 68 e o contator de cc 62 são controlados para fechar para conectar eletricamente o sistema de reinício 54 à barra de distribuição de ca de emergência 56 e a ligação de cc 50 do conversor AFE 44. O retificador 60 é também capacitado. A solicitação de reinício de supressão pode ser manualmente disparada por um operador, ou disparada automaticamente por um processo de monitoramento ou controle separado, por exemplo.

[036] A potência é suprida da barra de distribuição de ca de emergência 56 através do sistema de reinício 54 para carregar parcialmente a ligação de cc 50 do conversor AFE 44. Será prontamente verificado que qualquer referência no presente documento a carregamento da ligação de cc significa carregar o(s) capacitor(es) de ligação de cc mostrado(s) na Figura 2. Em uma disposição, a tensão de ligação de cc nominal é 1070 VDC e a ligação de cc 50 é carregada a 395 VDC. O ângulo de disparo dos dispositivos semicondutores de potência no retificador 60 pode se iniciar a um ângulo predeterminado (por exemplo, 150°), e pode, então, diminuir a uma taxa predeterminada determinada pelo tempo de reinício exigido e o limite de corrente de carregamento.

[037] Quando a ligação de cc 50 é parcialmente carregada, a ponte de máquina 48 do conversor AFE 44 é capacitado e operado como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc parcial para a máquina elétrica 34 para magnetizar ou escorificar parcialmente a máquina elétrica. Os dispositivos de comutação de semicondutor da ponte de máquina 48 podem ser controlados com o uso de uma estratégia de modulação de largura de pulso (PWM) de modo que a tensão de ca de saída da ponte de máquina tenha uma frequência síncrona à velocidade de rotor da máquina elétrica. Se a máquina elétrica não permitir que a velocidade de rotor seja medida (por exemplo, com o uso de um codificador ou sensor de velocidade) então, a velocidade de rotor pode ser estimada com o uso de um processo de estimação adequado. Os dispositivos de comutação de semicondutor da ponte de máquina 48 também podem ser controlados de modo que a tensão de ca de saída tenha uma magnitude predeterminada, por exemplo, 210 VAC, de modo que a máquina elétrica seja parcialmente escorificada ou magnetizada a cerca de 30% do fluxo nominal dependendo da velocidade da máquina elétrica e a tensão de ligação de cc parcial.

[038] O sistema de reinício de supressão 54 é, então, desconectado eletricamente, tipicamente, abrindo-se o contator de cc 62 para desconectar eletricamente o sistema de reinício de supressão da ligação de cc 50. Isso permite que os componentes do sistema de reinício de supressão 54 e, em particular, os dispositivos semicondutores de potência do retificador 60, sejam nominais para a tensão de ligação de cc parcial. De outra maneira, se o sistema de reinício de supressão 54 permanecer conectado eletricamente à ligação de cc (mas é desconectado da barra de distribuição de ca de emergência 56) o mesmo experimentará o aumento da tensão de ligação de cc até a tensão nominal durante o processo de controle de alteração - veja abaixo. Em algumas disposições, o contator de ca 68 pode ser aberto para desconectar eletricamente o sistema de reinício de supressão 54 da barra de distribuição de ca de emergência 56, ou pode ser aberto após o contator de cc 62 ter sido aberto.

[039] Um processo de controle de alteração é usado para carregar completamente a tensão de ligação de cc de 395 VDC para a tensão de ligação de cc nominal (isto é, 1070 VDC). Será prontamente verificado que, antes de o processo de controle de alteração ser iniciado, a máquina elétrica é parcialmente escorificada ou magnetizada, mas a velocidade de rotor é a mesma que a velocidade síncrona, isto é, a taxa de rotação do campo magnético do estator. Não há alteração e, consequentemente, nenhum torque é gerado pela máquina elétrica. O processo de controle de alteração é projetado para fornecer uma pequena diferença (ou alteração) entre a velocidade síncrona e a velocidade de rotor de modo que um torque seja gerado. O torque gerado pode, então, ser usado para acionar a máquina elétrica em um modo de geração para carregar completamente a ligação de cc.

[040] Um processo de controle de alteração adequado é mostrado na Figura 5. O processo usa a velocidade de rotor w_rotor, que pode tanto ser medida (por exemplo, com o uso de um codificador ou sensor de velocidade) ou estimada com o uso de um processo de estimação adequado. Uma referência de tensão de ligação de cc Vdc_ref é comparada com uma retroalimentação de tensão de ligação de cc Vdc_fb, que é fornecida por um sensor de tensão. A saída da comparação é fornecida a um controlador proporcional-integral (PI) 70. A saída da PI controlador 70, w_slip, representa uma referência de alteração alvo, e é convertido em um valor negativo (para alteração negativa, visto que a máquina elétrica está operando como um gerador e, então, a velocidade de rotor é maior do que a velocidade síncrona) e somado com um valor pw_rotor, em que p é o número de pares de polo da máquina elétrica 34. A soma é fornecida a um gerador PWM 72 como informações de ângulo de fase, e é multiplicada por uma constante K e fornecida ao gerador PWM como informações de amplitude. Será prontamente verificado que as informações de ângulo de fase são indicativas do ângulo de fase entre a tensão alvo e a tensão real, e as informações de amplitude são indicativas da diferença de amplitude entre a tensão alvo e a tensão real. O gerador PWM 72 pode formar parte de um controlador para a ponte de máquina 48.

[041] Uma vez que a ligação de cc está completamente carregada, a ponte de máquina 48 do conversor AFE 44 é capacitada e operada como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc nominal para a máquina elétrica 34 para magnetizar ou escorificar completamente a máquina elétrica, isto é, para aumentar o fluxo para o fluxo nominal.

[042] Em outra disposição, o processo de controle de alteração pode ser usado para carregar completamente a ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal e magnetizar ou escorificar completamente a máquina elétrica simultaneamente. Tal processo de controle de alteração é mostrado na Figura 6, e usa controle de vetor de eixo geométrico dq. Uma referência de fluxo Φs_ref é comparada com uma retroalimentação de fluxo Φs_fb. A saída da comparação é fornecida a um primeiro controlador PI 74. A saída do primeiro controlador PI 74 é uma referência de corrente de eixo geométrico d Id_ref que é comparada com uma retroalimentação de corrente de eixo geométrico d Id_fb. A saída da comparação é fornecida a um segundo controlador PI 76. A saída do segundo controlador PI 76 é fornecida a um gerador PWM 78 como informações de amplitude. Uma referência de tensão de ligação de cc Vdc_ref é comparada com uma retroalimentação de tensão de ligação de cc Vdc_fb que é fornecida por um sensor de tensão. A saída da comparação é fornecida a um terceiro controlador PI 80. A saída do terceiro controlador PI 80 é uma referência de corrente de eixo geométrico q Iq_ref que é comparada a uma retroalimentação de corrente de eixo geométrico q Iq_fb. A saída da comparação é fornecida a um quarto controlador PI 82. A saída do quarto controlador PI 82 é somada com um valor pw_rotor, em que p é o número de pares de polo. A soma é fornecida ao gerador PWM 78 como informações de ângulo de fase. A soma é também fornecida a um bloco de transformação de Park 84 que também usa um valor medido da Iabc de corrente de estator para derivar as retroalimentações de corrente de eixo geométrico d e q Id_fb e Iq_fb. O processo de controle de alteração mostrado na Figura 6 pode ser útil em algumas situações porque a máquina elétrica 34 é regulada durante todo o processo e a mesma permite que a tensão de ligação de cc e o fluxo de máquina sejam aumentados simultaneamente ajustando-se dinamicamente a referência de fluxo Φs_ref e a referência de tensão de ligação de cc Vdc_ref.

[043] Uma vez que a máquina elétrica é completamente escorificada ou magnetizada, o processo de reinício de supressão é concluído. A máquina elétrica pode suprir subsequentemente potência à barra de distribuição de ca principal 42 através do conversor AFE 44 para propósitos de recuperação. Durante o processo de reinício de supressão, a ponte de suprimento 46 não é operada. Mas mediante conclusão do processo de reinício de supressão, a ponte de suprimento 46 é operada como um inversor e a ponte de máquina 48 é operada como um retificador ativo.

[044] Os resultados de um processo de reinício de supressão simulado são mostrados nas Figuras 7 a 11.

[045] No processo de reinício de supressão simulado, o sistema de reinício de supressão é conectado à barra de distribuição de ca de emergência em 0,1 segundo, e é desconectado da barra de distribuição de ca de emergência em 2,7 segundos. Um processo de controle de alteração para carregar completamente a ligação de cc é iniciado em 3,2 segundos e é concluído em 4,4 segundos. A máquina elétrica é completamente escorificada em 4,4 segundos, e isso representa o fim do processo de reinício de supressão.

[046] A Figura 7 mostra que a tensão de ligação de cc é carregada de 0 VDC a 395 VDC entre 0,1 e 2,7 segundos e, então, mais rapidamente de 395 VDC a 1,070 VDC após o processo de controle de alteração ser iniciado em 3,2 segundos. A taxa a qual a tensão de ligação de cc aumenta pode ser controlada pelo sistema de reinício de supressão durante o primeiro estágio do sistema de reinício de supressão (isto é, de 0,1 a 2,7 segundos) e pelo processo de controle de alteração (por exemplo, pelo controlador PI 70) durante o segundo estágio do sistema de reinício de supressão (por exemplo, de 3,2 a 4,4 segundos).

[047] A Figura 8 mostra que a corrente de carregamento alcança o pico em 68 A por cerca de um ciclo. Essa corrente pode ser controlada pelo sistema de reinício de supressão. Uma corrente de pico menor significa que levará mais tempo para carregar parcialmente a ligação de cc e vice-versa.

[048] A Figura 9 mostra que a tensão na barra de distribuição de ca de emergência não é obviamente afetada pelo processo de reinício de supressão. No processo de reinício de supressão simulado, a barra de distribuição de ca de emergência apenas experimenta uma queda de cerca de 5 V por menos do que cerca de 300 ms.

[049] A corrente de enrolamento de estator e alteração de frequência de estator são mostradas nas Figuras 10 e 11, respectivamente. Na simulação, a máquina elétrica é uma máquina de indução de fator de potência de 0,81, 2,8 MW, 690 VAC, com uma corrente nominal de 2,9 kArms. Durante o processo de controle de alteração, a corrente de carregamento da máquina elétrica alcança a corrente nominal por cerca de 15 ciclos e, então, diminui para menos do que 0,1 p.u. Isso é aceitável e a corrente de carregamento pode ser controlada adicionalmente pelo processo de controle de alteração (por exemplo, pelo controlador de PI 70) conforme necessário. A alteração durante o processo de controle de alteração é menos do que cerca de 0,8%, à medida que a máquina elétrica carrega a ligação de cc com o uso de corrente gerada do torque, isto é, a potência ativa. Quando a ligação de cc está completamente carregada à tensão de ligação de cc nominal, a alteração é cerca de 0% visto que nenhuma potência ativa é necessária da máquina elétrica para carregar a ligação de cc e nenhuma carga corrente é necessária.

Claims

1. MÉTODO PARA OPERAR UM SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO DE POTÊNCIA compreendendo: uma barra de distribuição de ca principal (42); uma barra de distribuição de ca de emergência (56); um sistema de acionamento híbrido (32) que compreende: uma máquina elétrica (34) e um motor principal (36), sendo que o rotor da máquina elétrica (34) e a extremidade de acionamento do motor principal (36) são acoplados mecanicamente a uma carga (40), por meio de uma ligação mecânica, tal como uma caixa de engrenagens (38); um primeiro retificador/inversor ativo (46) que tem: terminais de entrada de ca conectados eletricamente à barra de distribuição de ca principal (42), e terminais de saída de cc; um segundo retificador/inversor ativo (48) que tem: terminais de entrada de cc conectados eletricamente à saída de cc do primeiro retificador/inversor ativo (46) por uma ligação de cc (50), e terminais de saída de ca conectados eletricamente à máquina elétrica (34); em que, no evento de uma situação de supressão de potência elétrica, o método compreende a etapa de suprir potência da barra de distribuição de ca de emergência (56) para a ligação de cc (50) para aumentar a tensão de ligação de cc, e o método sendo caracterizado por compreender as etapas de: aumentar a tensão de ligação cc para uma tensão de ligação de cc parcial que é menor do que a tensão de ligação de cc nominal; operar o segundo retificador/inversor ativo (48) como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc parcial para a máquina elétrica (34) para aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica para um fluxo magnético parcial que é menor do que o fluxo magnético nominal; suprir corrente da máquina elétrica (34) para a ligação de cc (50) através do segundo retificador/inversor ativo (48) para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal; e aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica (34) para o fluxo magnético nominal.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, durante a etapa de operar o segundo retificador/inversor ativo (48) como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc parcial para a máquina elétrica (34), o segundo retificador/inversor ativo (48) ser controlado de modo que a tensão de ca de saída do segundo retificador/inversor ativo (48) tenha dentre uma magnitude predeterminada e/ou uma frequência síncrona à velocidade angular de rotação da máquina elétrica (34).

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela tensão de ligação de cc parcial estar entre 10% e 40%, preferencialmente 30% da nominal tensão de ligação de cc, e o fluxo magnético parcial estar entre 10% e 40%, preferencialmente 30% do fluxo magnético nominal da máquina elétrica (34).

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por um processo de controle de alteração ser usado para suprir corrente da máquina elétrica (34) para a ligação de cc (50).

5. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo segundo retificador/inversor ativo (48) ser operado como um retificador para suprir corrente da máquina elétrica (34) para a ligação de cc (50) para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal e, então, subsequentemente, operado como um inversor para suprir a tensão de ligação de cc nominal para a máquina elétrica (34) para aumentar o fluxo magnético da máquina elétrica (34) para o fluxo magnético nominal.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo segundo retificador/inversor ativo (48) ser operado como um retificador para suprir corrente da máquina elétrica (34) para a ligação de cc (50) para aumentar a tensão de ligação de cc para a tensão de ligação de cc nominal, enquanto, ao mesmo tempo, o fluxo magnético da máquina elétrica (34) é aumentado para o fluxo magnético nominal.