ES2911681T3 - Sistema de generación de potencia, sistema de conversión de potencia y procedimientos de conversión de potencia - Google Patents
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Abstract
Un sistema de conversión de potencia (104), que comprende: un inversor (110) que comprende un primer puente de primera fase (210) y un segundo puente de primera fase (212), en el que cada uno de dicho primer puente y dicho segundo puente comprende al menos dos conmutadores (202); y un primer conductor de primera fase (222) acoplado entre los al menos dos conmutadores del primer puente de primera fase (210) y un segundo conductor de primera fase (224) acoplado entre los al menos dos conmutadores de inversor (202) del segundo puente de primera fase (212); un primer inductor (302) acoplado a una salida del primer puente de primera fase (210) y del segundo puente de primera fase (212), estando el primer inductor acoplado al primer conductor de primera fase (222) y al segundo conductor de primera fase (224), en el que el primer inductor 302 incluye un primer devanado (304), un segundo devanado (306), un tercer devanado (308) y un cuarto devanado (310) y en el que el primer inductor (302) incluye un núcleo de inductor común (312), y en el que el primer devanado (304), el segundo devanado (306), el tercer devanado (308) y el cuarto devanado (310) están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor (312); y en el que el primer conductor de primera fase (222) está acoplado al primer devanado (304) y al segundo devanado (306), y el segundo conductor de primera fase (224) está acoplado al tercer devanado (308) y al cuarto devanado (310); y en el que al menos un condensador de filtro (402) está acoplado al primer conductor de primera fase (222) y al segundo conductor de primera fase (224), de modo que el primer conductor de primera fase (222) está acoplado al segundo conductor de primera fase (224) a través del condensador de filtro (402), en el que el condensador de filtro está acoplado al primer conductor de primera fase (222) entre el primer devanado (304) y el segundo devanado (306) del primer inductor (302).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de generación de potencia, sistema de conversión de potencia y procedimientos de conversión de potencia
[0001] La materia objeto descrita en el presente documento se refiere, en general, a sistemas de potencia y, más en particular, a un sistema de generación de potencia, un sistema de conversión de potencia y procedimientos de conversión de potencia.
[0002] En algunos sistemas de potencia de energía renovable conocidos, la potencia eléctrica de corriente continua (CC) se genera a partir de al menos una fuente de energía renovable. Dichas fuentes de energía renovable pueden incluir energía eólica, solar, geotérmica, hidráulica, biomasa y/o cualquier otra fuente de energía renovable. Para acoplar apropiadamente dichos sistemas de potencia a una red eléctrica, la potencia eléctrica debe convertirse en corriente alterna (CA). Al menos algunos sistemas de potencia conocidos usan un convertidor de potencia para convertir la potencia de CC en CA.
[0003] En el documento WO2004/017505 se pueden encontrar ejemplos de dichos convertidores.
[0004] Dicha conversión de potencia de CC en potencia de CA normalmente produce una o más variaciones en los componentes de voltaje y/o corriente de la potencia de CA generada. Para reducir dichas variaciones, al menos algunos convertidores de potencia conocidos usan uno o más inductores para filtrar la corriente y/o el voltaje generado por los convertidores de potencia. Más específicamente, en al menos algunos convertidores de potencia conocidos, al menos un inductor está acoplado a cada salida de los convertidores de potencia. Sin embargo, el uso de dichos inductores aumenta de forma indeseable el coste de los convertidores de potencia.
[0005] Por consiguiente, se proporciona la presente invención, definida por las reivindicaciones adjuntas.
[0006] En los dibujos:
La fig. 1 es un diagrama esquemático de un sistema de generación de potencia de ejemplo.
La fig. 2 es un diagrama esquemático de una parte de un sistema de conversión de potencia de ejemplo que se puede usar con el sistema de generación de potencia mostrado en la fig. 1.
La fig. 3 es un diagrama esquemático de una parte de otro sistema de conversión de potencia de ejemplo que se puede usar con el sistema de generación de potencia mostrado en la fig. 1.
La fig. 4 es un diagrama esquemático de una parte de otro sistema de conversión de potencia de ejemplo que se puede usar con el sistema de generación de potencia mostrado en la fig. 1.
[0007] Como se describe en el presente documento, un sistema de generación de potencia incluye un sistema de conversión de potencia y al menos una unidad de generación de potencia. La unidad de generación de potencia es una unidad de generación de potencia de energía renovable que genera potencia a partir de una fuente de energía renovable. Dichas fuentes de energía renovable pueden incluir energía eólica, solar, geotérmica, hidráulica, biomasa y/o cualquier otra fuente de energía renovable. El sistema de conversión de potencia incluye un convertidor acoplado a la unidad de generación de potencia y un inversor acoplado al convertidor mediante un bus de CC. El inversor está acoplado a una red de distribución eléctrica para suministrar energía eléctrica a la red. Un sistema de control controla el funcionamiento del convertidor y del inversor. El inversor incluye tres fases de inversor, cada una de las cuales incluye una pluralidad de puentes. Cada puente incluye dos conmutadores acoplados en serie. Cada fase de inversor está acoplada a un inductor separado, y cada inductor incluye una pluralidad de devanados situados alrededor de un núcleo común. Una salida de cada puente está acoplada a un devanado separado del inductor. De este modo, los sistemas de conversión de potencia descritos en el presente documento proporcionan una alta inductancia eficaz para filtrar la potencia suministrada a una red de distribución eléctrica al tiempo que reducen el coste de los inductores usados en los sistemas de conversión de potencia.
[0008] La fig. 1 es un diagrama esquemático de un sistema de generación de potencia 100 de ejemplo que incluye, al menos, una unidad de generación de potencia 102. La unidad de generación de potencia 102 incluye una turbina eólica, un panel o placa solar, una celda de combustible, un generador geotérmico, un generador hidroeléctrico y/o cualquier otro dispositivo que genere potencia eléctrica a partir de al menos una fuente de energía renovable. Más específicamente, en el modo de realización de ejemplo, la unidad de generación de potencia 102 genera potencia eléctrica de corriente continua (CC) a partir de al menos una fuente de energía renovable. De forma alternativa, la unidad de generación de potencia 102 es una turbina de gas, una turbina de vapor y/o cualquier otro dispositivo que genere potencia de CC o de corriente alterna (CA) a partir de una fuente de energía no renovable.
[0009] En el modo de realización de ejemplo, la unidad de generación de potencia 102 está acoplada a un sistema de conversión de potencia 104 o un convertidor de potencia 104. La potencia de CC generada por la unidad de generación de potencia 102 se transmite al sistema de conversión de potencia 104, y el sistema de conversión de potencia 104 convierte la potencia de CC en potencia de CA. La potencia de CA se transmite a una red de distribución eléctrica 106 o "red". El sistema de conversión de potencia 104, en el modo de realización de ejemplo, ajusta una amplitud del voltaje y/o la corriente de la potencia de CA convertida a una amplitud adecuada para la red de distribución eléctrica 106, y proporciona potencia de CA a una frecuencia y con una fase que son sustancialmente iguales a la frecuencia y la fase de la red de distribución eléctrica 106. Además, en el modo de realización de ejemplo, el sistema de conversión de potencia 104 proporciona potencia de CA trifásica a la red de distribución eléctrica 106. De forma alternativa, el sistema de conversión de potencia 104 proporciona potencia en CA monofásica o cualquier otro número de fases de potencia de CA a la red de distribución eléctrica 106.
[0010] En el modo de realización de ejemplo, el sistema de conversión de potencia 104 incluye un convertidor de CC a CC, o "elevador", 108 y un inversor 110 acoplados entre sí mediante un bus de CC 112. De forma alternativa, el sistema de conversión de potencia 104 puede incluir un convertidor de CA a CC 108 para convertir la potencia de CA recibida desde la unidad de generación de potencia 102 en potencia de CC, y/o cualquier otro convertidor 108 que permita que el sistema de conversión de potencia 104 funcione como se describe en el presente documento. En un modo de realización, el sistema de conversión de potencia 104 no incluye el convertidor 108, y el inversor 110 está acoplado a la unidad de generación de potencia 102 mediante el bus de CC 112 y/o mediante cualquier otro dispositivo o conductor. En el modo de realización de ejemplo, el inversor 110 es un inversor de CC a CA 110 que convierte la potencia de CC recibida desde el convertidor 108 en potencia de CA para su transmisión a la red de distribución eléctrica 106. Además, en el modo de realización de ejemplo, el bus de CC 112 incluye al menos un condensador 114. De forma alternativa, el bus de CC 112 incluye una pluralidad de condensadores 114 y/o cualquier otro dispositivo de almacenamiento de potencia eléctrica que permita que el sistema de conversión de potencia 104 funcione como se describe en el presente documento. A medida que la corriente se transmite a través del sistema de conversión de potencia 104, se genera un voltaje a través del bus de CC 112 y la energía se almacena en los condensadores 114.
[0011] El sistema de conversión de potencia 104 incluye un sistema de control 116 acoplado al convertidor 108 y/o al inversor 110. En el modo de realización de ejemplo, el sistema de control 116 incluye y/o está implementado por al menos un procesador. Como se usa en el presente documento, el procesador incluye cualquier circuito programable adecuado, tal como, sin limitación, uno o más sistemas y microcontroladores, microprocesadores, circuitos de conjunto de instrucciones reducido (RISC), circuitos integrados específicos de la aplicación (ASIC), circuitos lógicos programables (PLC), matrices de puertas programables in situ (FPGA) y/o cualquier otro circuito que pueda ejecutar las funciones descritas en el presente documento. Los ejemplos anteriores son solo de ejemplo y, por tanto, no pretenden limitar de ninguna forma la definición y/o el significado del término "procesador".
[0012] En el modo de realización de ejemplo, el sistema de control 116 controla y/o hace funcionar el convertidor 108 para ajustar o maximizar la potencia recibida desde la unidad de generación de potencia 102. Además, en el modo de realización de ejemplo, el sistema de control 116 controla y/o hace funcionar el inversor 110 para regular el voltaje a través del bus de CC 112 y/o para ajustar el voltaje, la corriente, la fase, la frecuencia y/o cualquier otra característica de la potencia proporcionada por el inversor 110 para que coincida sustancialmente con las características de la red de distribución eléctrica 106.
[0013] La fig. 2 es un diagrama esquemático de una parte de un sistema de conversión de potencia de ejemplo 200 que se puede usar con el sistema de generación de potencia 100 (mostrado en la fig. 1). En el ejemplo, el inversor 110 incluye cuatro conmutadores de inversor 202 acoplados entre sí para cada fase de potencia eléctrica que produce el sistema de conversión de potencia 200. De forma alternativa, el inversor 110 incluye cualquier número adecuado de conmutadores de inversor 202 para cada fase de potencia eléctrica que permita que el inversor 110 y/o el sistema de conversión de potencia 200 funcionen como se describe en el presente documento. En el modo de realización de ejemplo, los conmutadores de inversor 202 son transistores bipolares de puerta aislada (IGBT). De forma alternativa, los conmutadores de inversor 202 son cualquier otro transistor adecuado o cualquier otro dispositivo de conmutación adecuado.
[0014] En este ejemplo, el inversor 110 incluye una primera fase de inversor 204, una segunda fase de inversor 206 y una tercera fase de inversor 208. La primera fase de inversor 204 proporciona potencia de CA correspondiente a una primera fase de la red de distribución eléctrica 106, la segunda fase de inversor 206 proporciona potencia de CA correspondiente a una segunda fase de la red de distribución eléctrica 106 y la tercera fase de inversor 208 proporciona potencia de CA correspondiente a una tercera fase de red de distribución eléctrica 106. Además, en el modo de realización de ejemplo, la primera fase de inversor 204 incluye un primer puente de primera fase 210 y un segundo puente de primera fase 212. Tanto el primer puente de primera fase 210 como el segundo puente de primera fase 212 incluyen dos conmutadores de inversor 202 acoplados entre sí en serie. Los conmutadores de inversor 202 acoplados en serie del primer puente de primera fase 210 están acoplados en paralelo a los conmutadores de inversor 202 acoplados en serie del segundo puente de primera
fase 212 (es decir, el primer puente de primera fase 210 está acoplado en paralelo al segundo puente de primera fase 212).
[0015] Tanto la segunda fase de inversor 206 como la tercera fase de inversor 208 están configuradas de manera similar a la primera fase de inversor 204. En consecuencia, la segunda fase de inversor 206 incluye un primer puente de segunda fase 214 acoplado en paralelo a un segundo puente de segunda fase 216, y la tercera fase de inversor 208 incluye un primer puente de tercera fase 218 acoplado en paralelo a un segundo puente de tercera fase 220. Cada uno del primer puente de segunda fase 214, el segundo puente de segunda fase 216, el primer puente de tercera fase 218 y el segundo puente de tercera fase 220 incluyen dos conmutadores de inversor 202 acoplados entre sí en serie. De forma alternativa, la primera fase de inversor 204, la segunda fase de inversor 206 y/o la tercera fase de inversor 208 pueden incluir cualquier número y/o configuración adecuada de puentes y/o conmutadores de inversor 202.
[0016] En este ejemplo, un primer conductor de primera fase 222 está acoplado entre los dos conmutadores de inversor 202 del primer puente de primera fase 210 y un segundo conductor de primera fase 224 está acoplado entre los dos conmutadores de inversor 202 del segundo puente de primera fase 212. El primer conductor de primera fase 222 transmite corriente desde el primer puente de primera fase 210 a un primer inductor 226 que incluye un primer devanado 228 y un segundo devanado 230. Como se usa en el presente documento, un "devanado" incluye al menos un conductor dispuesto en uno o más bucles o "espiras" de manera que el devanado tiene sustancialmente la forma de una bobina.
[0017] En este ejemplo, el primer conductor de primera fase 222 está acoplado al primer devanado 228 del primer inductor 226. Un sensor de corriente 232 está acoplado al primer conductor de primera fase 222 para medir la corriente transmitida a través del conductor 222 y del primer devanado 228. El segundo conductor de primera fase 224 transmite corriente desde el segundo puente de primera fase 212 al segundo devanado 230. Un sensor de corriente 232 está acoplado al segundo conductor de primera fase 224 para medir la corriente transmitida a través del conductor 224 y del segundo devanado 230. Además, el primer devanado 228 y el segundo devanado 230 están situados alrededor de un núcleo inductor común 234 de modo que el primer devanado 228 y el segundo devanado 230 se acoplan magnéticamente al núcleo de inductor 234 cuando la corriente se transmite a través del primer devanado 228 y el segundo devanado 230.
[0018] Aunque la fig. 2 ilustra el núcleo de inductor 234 separado en dos componentes, esto es simplemente para mayor claridad de la ilustración. En el modo de realización de ejemplo, el núcleo de inductor 234 es una sola estructura de metal, o metálica, continua, y el primer devanado 228 y el segundo devanado 230 están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor 234. De este modo, las líneas discontinuas mostradas en la fig. 2 indican que cada sección del núcleo de inductor 234 están conectadas y formadas de forma solidaria entre sí. Una salida del primer devanado 228 y una salida del segundo devanado 230 están acopladas a un conductor de salida de primera fase 236 que transmite corriente desde el primer devanado 228 y el segundo devanado 230 a la red de distribución eléctrica 106. Los núcleos y devanados de inductor adicionales se ilustran de manera similar en las figs. 2-4.
[0019] Un primer conductor de segunda fase 238 está acoplado entre los dos conmutadores de inversor 202 del primer puente de segunda fase 214 y un segundo conductor de segunda fase 240 está acoplado entre los dos conmutadores de inversor 202 del segundo puente de segunda fase 216. El primer conductor de segunda fase 238 transmite corriente desde el primer puente de segunda fase 214 a un segundo inductor 242 que incluye un primer devanado 244 y un segundo devanado 246. Más específicamente, el primer conductor de segunda fase 238 está acoplado al primer devanado 244 del segundo inductor 242. Un sensor de corriente 232 está acoplado al primer conductor de segunda fase 238 para medir la corriente transmitida a través del conductor 238 y del primer devanado 244. El segundo conductor de segunda fase 240 transmite corriente desde el segundo puente de segunda fase 216 al segundo devanado 246. Un sensor de corriente 232 está acoplado al segundo conductor de segunda fase 240 para medir la corriente transmitida a través del conductor 240 y del segundo devanado 246. Además, el primer devanado 244 y el segundo devanado 246 están situados alrededor de un núcleo inductor común 248 de modo que el primer devanado 244 y el segundo devanado 246 se acoplan magnéticamente al núcleo de inductor 248 cuando la corriente se transmite a través del primer devanado 244 y el segundo devanado 246. Una salida del primer devanado 244 y una salida del segundo devanado 246 están acopladas a un conductor de salida de segunda fase 250 que transmite corriente desde el primer devanado 244 y el segundo devanado 246 a la red de distribución eléctrica 106.
[0020] En el modo de realización de ejemplo, un primer conductor de tercera fase 252 está acoplado entre los dos conmutadores de inversor 202 del primer puente de tercera fase 218 y un segundo conductor de tercera fase 254 está acoplado entre los dos conmutadores de inversor 202 del segundo puente de tercera fase 220. El primer conductor de tercera fase 252 transmite corriente desde el primer puente de tercera fase 218 a un tercer inductor 256 que incluye un primer devanado 258 y un segundo devanado 260. Más específicamente, el primer conductor de tercera fase 252 está acoplado al primer devanado 258 del tercer inductor 256. Un sensor de corriente 232 está acoplado al primer conductor de tercera fase 252 para medir la corriente transmitida a través del conductor 252 y del primer devanado 258. El segundo conductor de tercera fase 254 transmite corriente desde el segundo
puente de tercera fase 220 al segundo devanado 260. Un sensor de corriente 232 está acoplado al segundo conductor de tercera fase 254 para medir la corriente transmitida a través del conductor 254 y del segundo devanado 260. Además, el primer devanado 258 y el segundo devanado 260 están situados alrededor de un núcleo inductor común 262 de modo que el primer devanado 258 y el segundo devanado 260 se acoplan magnéticamente al núcleo de inductor 262 cuando la corriente se transmite a través del primer devanado 258 y el segundo devanado 260. Una salida del primer devanado 258 y una salida del segundo devanado 260 están acopladas a un conductor de salida de tercera fase 264 que transmite corriente desde el primer devanado 258 y el segundo devanado 260 a la red de distribución eléctrica 106.
[0021] Un filtro de CA 266 está acoplado al conductor de salida de primera fase 236, al conductor de salida de segunda fase 250 y al conductor de salida de tercera fase 264 para filtrar y/o eliminar componentes de frecuencia no deseados de la corriente transmitida a través de los conductores 236, 250 y 264. El filtro de CA 266 incluye, al menos, una resistencia 268 acoplada a cada uno del conductor de salida de primera fase 236, el conductor de salida de segunda fase 250 y/o el conductor de salida de tercera fase 264. Además, el filtro de CA 266 incluye, al menos, un condensador 270 acoplado entre el conductor de salida de primera fase 236 y el conductor de salida de segunda fase 250, entre el conductor de salida de segunda fase 250 y el conductor de salida de tercera fase 264, y/o entre el conductor de salida de primera fase 236 y el conductor de salida de tercera fase 264. De forma alternativa, el filtro de CA 266 puede incluir cualquier configuración adecuada de resistencias 268 y/o condensadores 270 que permita que el filtro de CA 266 funcione como se describe en el presente documento.
[0022] En el modo de realización de ejemplo, el inversor 110 proporciona potencia de CA trifásica a la red de distribución eléctrica 106. Más específicamente, una primera fase de potencia de CA se suministra a la red de distribución eléctrica 106 mediante el conductor de salida de primera fase 236, una segunda fase de potencia de CA se suministra a la red 106 mediante el conductor de salida de segunda fase 250 y una tercera fase de potencia de CA se suministra a la red 106 mediante el conductor de salida de tercera fase 264.
[0023] Durante el funcionamiento, en el modo de realización de ejemplo, la unidad de generación de potencia 102 (mostrada en la fig. 1) genera potencia de CC y transmite o canaliza la potencia de CC al convertidor 108. El sistema de control 116 controla y/u hace funcionar el convertidor 108, por ejemplo, ajustando el voltaje y/o la corriente recibida de la unidad de generación de potencia 102 de modo que la energía recibida de la unidad de generación de potencia 102 se incremente y/o maximice. La potencia de CC se canaliza a través del inversor 110, es decir, a través de la primera fase de inversor 204, la segunda fase de inversor 206 y/o la tercera fase de inversor 208. Además, en el modo de realización de ejemplo, el sistema de control 116 controla la conmutación de los conmutadores de inversor 202 para ajustar una salida del inversor 110. Más específicamente, el sistema de control 116 usa un algoritmo de control adecuado, tal como modulación por anchura de impulso (PWM) y/o cualquier otro algoritmo de control, para transformar la potencia de CC recibida desde el convertidor 108 en señales de potencia de CA trifásica. De forma alternativa, el sistema de control 116 hace que el inversor 110 transforme la potencia de CC en una señal de potencia de CA monofásica o cualquier otra señal que permita que el sistema de conversión de potencia 200 funcione como se describe en el presente documento.
[0024] En el modo de realización de ejemplo, el sistema de control 116 conmuta o hace funcionar los conmutadores de inversor 202 de cada fase de inversor de manera complementaria o intercalada. Más específicamente, el sistema de control 116 transmite señales de control de conmutación a los conmutadores de inversor 202 del primer puente de primera fase 210 y a los conmutadores de inversor 202 del segundo puente de primera fase 212 de modo que los conmutadores de inversor 202 del primer puente de primera fase 210 tengan un ciclo de trabajo desfasado en aproximadamente 180 grados en comparación con un ciclo de trabajo de los conmutadores de inversor 202 del segundo puente de primera fase 212. En un modo de realización, si la primera fase de inversor 204 incluye tres puentes acoplados en paralelo, el ciclo de trabajo de los conmutadores de inversor 202 de cada puente se desfasan en aproximadamente 120 grados entre sí. De forma alternativa, los conmutadores de inversor 202 de la primera fase de inversor 204 (es decir, del primer puente de primera fase 210 y del segundo puente de primera fase 212) pueden controlarse mediante el sistema de control 116 de cualquier manera adecuada que permita que el inversor 110 funcione como se describe en el presente documento. En el modo de realización de ejemplo, el sistema de control 116 hace funcionar los conmutadores de inversor 202 de la segunda fase de inversor 206 y de la tercera fase de inversor 208 de manera similar a la primera fase de inversor 204, aunque el ciclo de trabajo de los conmutadores de inversor 202 de la segunda fase de inversor 206 y/o de la tercera fase de inversor 208 pueden estar desfasados entre sí y/o con respecto a la primera fase de inversor 204. Una conmutación intercalada de este tipo de los conmutadores de inversor 202 facilita la reducción de una ondulación de voltaje y/o una ondulación de corriente que, de lo contrario, podrían generarse como resultado de la conversión de la potencia de CC en potencia de CA por parte del inversor 110.
[0025] La corriente se transmite o canaliza desde la primera fase de inversor 204, la segunda fase de inversor 206 y la tercera fase de inversor 208 al primer inductor 226, segundo inductor 242 y tercer inductor 256, respectivamente. El primer inductor 226, el segundo inductor 242 y el tercer inductor 256 facilitan la reducción de la ondulación de voltaje y/o la ondulación de corriente generadas por el inversor 110. Además, el núcleo común y la estructura de múltiples devanados del primer inductor 226, el segundo inductor 242 y el tercer inductor 256 facilitan la provisión de una alta inductancia efectiva a la corriente transmitida a través de los inductores 226,
242 y 258, al tiempo que reducen el tamaño de los núcleos de inductor 234, 248 y 262. En consecuencia, usar el primer inductor 226, el segundo inductor 242 y el tercer inductor 256 dentro del sistema de conversión de potencia 200 es más rentable en comparación con el uso de inductores conocidos que no incluyen un núcleo común y una estructura de múltiples devanados.
[0026] La fig. 3 es un diagrama esquemático de una parte de otro sistema de conversión de potencia de ejemplo 300 que se puede usar con el sistema de generación de potencia 100 (mostrado en la fig. 1). A menos que se especifique lo contrario, el sistema de conversión de potencia 300 es sustancialmente similar al sistema de conversión de potencia 200 (mostrado en la fig. 2), y los componentes de la fig. 3 que son similares a los componentes de la fig. 2 se ilustran con los mismos números de referencia, en la fig. 3, usados en la fig. 2.
[0027] En el modo de realización de ejemplo, un primer inductor 302 está acoplado a una salida del primer puente de primera fase 210 y del segundo puente de primera fase 212, es decir, al primer conductor de primera fase 222 y al segundo conductor de primera fase 224. El primer inductor 302 incluye un primer devanado 304, un segundo devanado 306, un tercer devanado 308 y un cuarto devanado 310. Además, el primer inductor 302 incluye un núcleo de inductor común 312, y el primer devanado 304, el segundo devanado 306, el tercer devanado 308 y el cuarto devanado 310 están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor 312. En el modo de realización de ejemplo, el primer conductor de primera fase 222 está acoplado al primer devanado 304 y al segundo devanado 306, y el segundo conductor de primera fase 224 está acoplado al tercer devanado 308 y al cuarto devanado 310.
[0028] Al menos un condensador de filtro 314 está acoplado tanto al primer conductor de primera fase 222 como al segundo conductor de primera fase 224. Más específicamente, en el modo de realización de ejemplo, al menos un condensador de filtro 314 está acoplado al primer conductor de primera fase 222 entre el primer devanado 304 y el segundo devanado 306. Además, al menos un condensador de filtro 314 está acoplado al segundo conductor de primera fase 224 entre el tercer devanado 308 y el cuarto devanado 310. En un modo de realización, el condensador de filtro 314 está acoplado en un punto central (no mostrado) entre el primer devanado 304 y el segundo devanado 306 y en un punto central (no mostrado) entre el tercer devanado 308 y el cuarto devanado 310. De forma alternativa, el condensador de filtro 314 puede acoplarse a cualquier ubicación adecuada del primer conductor de primera fase 222 y/o el segundo conductor de primera fase 224.
[0029] En el modo de realización de ejemplo, un segundo inductor 316 está acoplado a una salida del primer puente de segunda fase 214 y del segundo puente de segunda fase 216, es decir, al primer conductor de segunda fase 238 y al segundo conductor de segunda fase 240. El segundo inductor 316 incluye un primer devanado 318, un segundo devanado 320, un tercer devanado 322 y un cuarto devanado 324 situados alrededor de secciones o partes separadas de un núcleo de inductor común 326. En el modo de realización de ejemplo, el primer conductor de segunda fase 238 está acoplado al primer devanado 318 y al segundo devanado 320, y el segundo conductor de segunda fase 240 está acoplado al tercer devanado 322 y al cuarto devanado 324. Al menos un condensador de filtro 314 está acoplado entre el primer devanado 318 y el segundo devanado 320, y al menos un condensador de filtro 314 está acoplado entre el tercer devanado 322 y el cuarto devanado 324.
[0030] De manera similar, un tercer inductor 328 está acoplado a una salida del primer puente de tercera fase 218 y del segundo puente de tercera fase 220, es decir, al primer conductor de tercera fase 252 y al segundo conductor de tercera fase 254. El tercer inductor 328 incluye un primer devanado 330, un segundo devanado 332, un tercer devanado 334 y un cuarto devanado 336 situados alrededor de secciones o partes separadas de un núcleo de inductor común 338. En el modo de realización de ejemplo, el primer conductor de tercera fase 252 está acoplado al primer devanado 330 y al segundo devanado 332, y el segundo conductor de tercera fase 254 está acoplado al tercer devanado 334 y al cuarto devanado 336. Al menos un condensador de filtro 314 está acoplado entre el primer devanado 330 y el segundo devanado 332, y al menos un condensador de filtro 314 está acoplado entre el tercer devanado 334 y el cuarto devanado 336.
[0031] Los condensadores de filtro 314, en el modo de realización de ejemplo, están acoplados entre sí para formar filtros de paso bajo en cascada. En consecuencia, los condensadores de filtro 314, el primer inductor 302, el segundo inductor 316 y el tercer inductor 328 permiten filtrar ondulaciones de voltaje y ondulaciones de corriente no deseadas y/o frecuencias no deseadas del primer conductor de primera fase 222, el segundo conductor de primera fase 224, el primer conductor de segunda fase 238, el segundo conductor de segunda fase 240, el primer conductor de tercera fase 252 y/o el segundo conductor de tercera fase 254.
[0032] La fig. 4 es un diagrama esquemático de una parte de otro sistema de conversión de potencia de ejemplo 400 que se puede usar con el sistema de generación de potencia 100 (mostrado en la fig. 1). A menos que se especifique lo contrario, el sistema de conversión de potencia 400 es sustancialmente similar al sistema de conversión de potencia 300 (mostrado en la fig. 3), y los componentes de la fig. 4 que son similares a los componentes de la fig. 3 se ilustran con los mismos números de referencia, en la fig. 4, usados en la fig. 3.
[0033] En el modo de realización de ejemplo, al menos un condensador de filtro 402 está acoplado al primer conductor de primera fase 222 y al segundo conductor de primera fase 224 de modo que el primer conductor de
primera fase 222 esté acoplado al segundo conductor de primera fase 224 a través del condensador de filtro 402. Más específicamente, en el modo de realización de ejemplo, el condensador de filtro 402 está acoplado al primer conductor de primera fase 222 entre el primer devanado 304 y el segundo devanado 306 del primer inductor 302, y está acoplado al segundo conductor de primera fase 224 entre el tercer devanado 308 y el cuarto devanado 310 de primer inductor 302. En un modo de realización, el condensador de filtro 402 está acoplado en un punto central (no mostrado) entre el primer devanado 304 y el segundo devanado 306 y en un punto central (no mostrado) entre el tercer devanado 308 y el cuarto devanado 310. De forma alternativa, uno o más condensadores de filtro 402 pueden acoplarse a cualquier ubicación adecuada del primer conductor de primera fase 222 y/o el segundo conductor de primera fase 224.
[0034] Al menos un condensador de filtro 404 está acoplado al primer conductor de segunda fase 238 entre el primer devanado 318 y el segundo devanado 320 del segundo inductor 316, y está acoplado al segundo conductor de segunda fase 240 entre el tercer devanado 32 y el cuarto devanado 324 del segundo inductor 316. De manera similar, al menos un condensador de filtro 406 está acoplado al primer conductor de tercera fase 252 entre el primer devanado 330 y el segundo devanado 332 del tercer inductor 328, y está acoplado al segundo conductor de tercera fase 254 entre el tercer devanado 334 y el cuarto devanado 336 de tercer inductor 328.
[0035] Los condensadores de filtro 402, 404 y 406, en el modo de realización de ejemplo, permiten filtrar ondulaciones de voltaje y ondulaciones de corriente no deseadas y/o frecuencias no deseadas del primer conductor de primera fase 222, el segundo conductor de primera fase 224, el primer conductor de segunda fase 238, el segundo conductor de segunda fase 240, el primer conductor de tercera fase 252 y/o el segundo conductor de tercera fase 254. A diferencia del modo de realización ilustrado en la fig. 3, los condensadores de filtro 402, 404 y 406 descritos en el presente documento con respecto a la fig. 4 no están acoplados entre sí. En consecuencia, se requiere el uso de menos condensadores de filtro en el sistema de conversión de potencia 400 y se reduce el coste total del sistema de conversión de potencia 400 en comparación con el sistema de conversión de potencia 300.
[0036] Un efecto técnico de los sistemas y procedimientos descritos en el presente documento incluye al menos uno de: (a) recibir potencia de corriente continua (CC); (b) canalizar potencia de CC a través de un inversor que incluye un primer puente y un segundo puente, en los que cada uno del primer puente y el segundo puente incluye al menos un conmutador; (c) controlar al menos un conmutador de un primer puente y al menos un conmutador de un segundo puente para convertir la potencia de CC en potencia de corriente alterna (CA); y (d) canalizar potencia de CA a través de un inductor que incluye un primer devanado y un segundo devanado, en los que el primer devanado está acoplado a una salida de un primer puente y el segundo devanado está acoplado a una salida de un segundo puente.
[0037] Los modos de realización descritos anteriormente facilitan proporcionar un sistema de conversión de potencia eficiente y rentable para su uso en un sistema de generación de potencia. El sistema de conversión de potencia incluye un convertidor configurado para acoplarse a una unidad de generación de potencia y un inversor acoplado al convertidor mediante un bus de CC. El inversor está configurado para acoplarse a una red de distribución eléctrica para suministrar energía eléctrica a la red. Un sistema de control controla el funcionamiento del convertidor y del inversor. El inversor incluye tres fases de inversor, cada una de las cuales incluye una pluralidad de puentes. Cada puente incluye dos conmutadores acoplados en serie. Cada fase de inversor está acoplada a un inductor separado, y cada inductor incluye una pluralidad de devanados situados alrededor de un núcleo común. Una salida de cada puente está acoplada a un devanado separado del inductor. De este modo, los sistemas de conversión de potencia descritos en el presente documento proporcionan una alta inductancia eficaz para filtrar la potencia suministrada a una red de distribución eléctrica al tiempo que reducen el coste de los inductores usados en los sistemas de conversión de potencia.
[0038] En lo que antecede se han descrito en detalle modos de realización de ejemplo de un sistema de generación de potencia, un sistema de conversión de potencia y procedimientos de conversión de potencia. El sistema de generación de potencia, el sistema de conversión de potencia y los procedimientos no están limitados a los modos de realización específicos descritos en el presente documento, sino que, en cambio, los componentes del sistema de generación de potencia y/o del sistema de conversión de potencia y/o las etapas de los procedimientos se pueden utilizar independientemente y por separado de otros componentes y/o etapas descritos en el presente documento. Por ejemplo, el sistema de conversión de potencia se puede usar también en combinación con otros sistemas de potencia y procedimientos, y no se limita a llevarse a la práctica solamente con el sistema de generación de potencia descrito en el presente documento. En cambio, el modo de realización de ejemplo se puede implementar y utilizar en conexión con muchas otras aplicaciones de energía renovable y/o de generación de potencia.
[0039] Aunque características específicas de diversos modos de realización de la invención se pueden mostrar en algunos dibujos y no en otros, esto se hace solo por conveniencia. De acuerdo con los principios de la invención, se puede hacer referencia a y/o reivindicar cualquier característica de un dibujo en combinación con cualquier característica de cualquier otro dibujo.
[0040] En esta descripción escrita se usan ejemplos para divulgar la invención, incluido el modo preferente, y también para permitir que cualquier experto en la técnica lleve a la práctica la invención, incluidos la fabricación y el uso de cualquier dispositivo o sistema y la realización de cualquier procedimiento incorporado. El alcance patentable de la invención está definido por las reivindicaciones y puede incluir otros ejemplos concebidos por los expertos en la técnica. Dichos otros ejemplos pretenden estar dentro del alcance de las reivindicaciones si tienen elementos estructurales que no difieran del lenguaje literal de las reivindicaciones, o si incluyen elementos estructurales equivalentes con diferencias insustanciales con respecto al lenguaje literal de las reivindicaciones.
Claims (14)
1. Un sistema de conversión de potencia (104), que comprende:
un inversor (110) que comprende un primer puente de primera fase (210) y un segundo puente de primera fase (212), en el que cada uno de dicho primer puente y dicho segundo puente comprende al menos dos conmutadores (202);
y un primer conductor de primera fase (222) acoplado entre los al menos dos conmutadores del primer puente de primera fase (210) y un segundo conductor de primera fase (224) acoplado entre los al menos dos conmutadores de inversor (202) del segundo puente de primera fase (212);
un primer inductor (302) acoplado a una salida del primer puente de primera fase (210) y del segundo puente de primera fase (212), estando el primer inductor acoplado al primer conductor de primera fase (222) y al segundo conductor de primera fase (224), en el que el primer inductor 302 incluye un primer devanado (304), un segundo devanado (306), un tercer devanado (308) y un cuarto devanado (310) y en el que el primer inductor (302) incluye un núcleo de inductor común (312), y en el que el primer devanado (304), el segundo devanado (306), el tercer devanado (308) y el cuarto devanado (310) están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor (312);
y en el que el primer conductor de primera fase (222) está acoplado al primer devanado (304) y al segundo devanado (306), y el segundo conductor de primera fase (224) está acoplado al tercer devanado (308) y al cuarto devanado (310);
y en el que al menos un condensador de filtro (402) está acoplado al primer conductor de primera fase (222) y al segundo conductor de primera fase (224), de modo que el primer conductor de primera fase (222) está acoplado al segundo conductor de primera fase (224) a través del condensador de filtro (402), en el que el condensador de filtro está acoplado al primer conductor de primera fase (222) entre el primer devanado (304) y el segundo devanado (306) del primer inductor (302).
2. Un sistema de conversión de potencia (104), que comprende:
un inversor (110) que comprende un primer puente de primera fase (210), un segundo puente de primera fase (212), un primer puente de segunda fase (214), un segundo puente de segunda fase (216), un primer puente de tercera fase (218) y un segundo puente de tercera fase (220), en el que cada uno de dichos primeros puentes y dichos segundos puentes comprende al menos dos conmutadores (202);
y un primer conductor de primera fase (222) acoplado entre los al menos dos conmutadores del primer puente de primera fase (210) y un segundo conductor de primera fase (224) acoplado entre los al menos dos conmutadores de inversor (202) del segundo puente de primera fase (212);
y un primer conductor de segunda fase (238) está acoplado entre los al menos dos conmutadores del primer puente de segunda fase (214) y un segundo conductor de segunda fase (240) está acoplado entre los al menos dos conmutadores de inversor del segundo puente de segunda fase (216);
y un primer conductor de tercera fase (252) está acoplado entre los al menos dos conmutadores de inversor del primer puente de tercera fase (218) y un segundo conductor de tercera fase (254) está acoplado entre los al menos dos conmutadores de inversor del segundo puente de tercera fase (220);
un primer inductor (302) acoplado a una salida del primer puente de primera fase (210) y del segundo puente de primera fase (212), estando el primer inductor acoplado al primer conductor de primera fase (222) y al segundo conductor de primera fase (224), en el que el primer inductor 302 incluye un primer devanado (304), un segundo devanado (306), un tercer devanado (308) y un cuarto devanado (310) del primer inductor y en el que el primer inductor (302) incluye un núcleo de inductor común (312) del primer inductor, y en el que el primer devanado (304), el segundo devanado (306), el tercer devanado (308) y el cuarto devanado (310) del primer inductor están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor común (312) del primer inductor;
y en el que el primer conductor de primera fase (222) está acoplado al primer devanado (304) y al segundo devanado (306) del primer inductor, y el segundo conductor de primera fase (224) está acoplado al tercer devanado (308) y al cuarto devanado (310) del primer inductor;
un segundo inductor (316) acoplado a una salida del primer puente de segunda fase (214) y del segundo puente de segunda fase (216), estando el segundo inductor acoplado al primer conductor de segunda fase (238) y al segundo conductor de segunda fase (240), en el que el segundo inductor
(316) incluye un primer devanado (318), un segundo devanado (320), un tercer devanado (322) y un cuarto devanado (324) del segundo inductor y en el que el segundo inductor incluye un núcleo de inductor común (326) del segundo inductor, y en el que el primer devanado (318), el segundo devanado (320), el tercer devanado (322) y el cuarto devanado (324) del segundo inductor están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor común (326) del segundo inductor;
y en el que el primer conductor de segunda fase (238) está acoplado al primer devanado (318) y al segundo devanado (320) del segundo inductor y el segundo conductor de segunda fase (240) está acoplado al tercer devanado (322) y al cuarto devanado (324) del segundo inductor;
un tercer inductor (328) acoplado a una salida del primer puente de tercera fase (21) y del segundo puente de tercera fase (220), estando el tercer inductor acoplado al primer conductor de tercera fase (252) y al segundo conductor de tercera fase (254), en el que el tercer inductor (328) incluye un primer devanado (330), un segundo devanado (332), un tercer devanado (334) y un cuarto devanado (336) del tercer inductor y en el que el tercer inductor incluye un núcleo de inductor común (338) del tercer inductor, y en el que el primer devanado (330), el segundo devanado (332), el tercer devanado (334) y el cuarto devanado (336) del tercer inductor están situados alrededor de secciones o partes separadas del núcleo de inductor común (338) del tercer inductor;
y en el que el primer conductor de tercera fase (252) está acoplado al primer devanado (330) y al segundo devanado (332) del tercer inductor y el segundo conductor de tercera fase (254) está acoplado al tercer devanado (334) y al cuarto devanado (336) del tercer inductor;
al menos un condensador de filtro (314) acoplado al primer conductor de primera fase (222) entre el primer devanado (304) y el segundo devanado (306) del primer inductor (302) y al menos un condensador de filtro (314) acoplado al segundo conductor de primera fase (224) entre el tercer devanado (308) y el cuarto devanado (310) del primer inductor;
al menos un condensador de filtro (314) acoplado al primer conductor de segunda fase (238) entre el primer devanado (318) y el segundo devanado (320) del segundo inductor (316) y al menos un condensador de filtro (314) está acoplado al segundo conductor de segunda fase entre el tercer devanado (322) y el cuarto devanado (324) del segundo inductor;
al menos un condensador de filtro (314) acoplado al primer conductor de tercera fase (252) entre el primer devanado (330) y el segundo devanado (332) del tercer inductor (328) y al menos un condensador de filtro (314) está acoplado al segundo conductor de tercera fase entre el tercer devanado (334) y el cuarto devanado (336) del tercer inductor;
y en el que todos los condensadores de filtro (314) están acoplados entre sí.
3. Un sistema de conversión de potencia (104) de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicho sistema de conversión de potencia está configurado para recibir potencia de al menos una unidad de generación de potencia (102), dicho sistema de conversión de potencia comprendiendo además un convertidor (108) acoplado a dicho inversor (110) y configurado para ajustar la potencia recibida.
4. Un sistema de conversión de potencia (104) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho sistema de conversión de potencia está configurado para recibir potencia de al menos una unidad de generación de potencia (102), en el que la al menos una unidad de generación de potencia genera potencia a partir de al menos una de energía eólica, solar, geotérmica, hidráulica y de biomasa.
5. Un sistema de conversión de potencia (104) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que una salida de dicho primer devanado (228) y una salida de dicho segundo devanado (230) están configuradas para acoplarse a una red de distribución eléctrica (106) para proporcionar una primera fase de potencia de corriente alterna a la red de distribución eléctrica.
6. Un sistema de conversión de potencia (104) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que dicho primer puente (210) y dicho segundo puente (212) están acoplados en paralelo entre sí.
7. Un sistema de conversión de potencia (104) de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, que comprende además un sistema de control (116) acoplado a dicho inversor (110), estando dicho sistema de control configurado para hacer que dicho al menos un conmutador (202) de dicho primer puente (210) conmute con un primer ciclo de trabajo y para hacer que dicho al menos un conmutador de dicho segundo puente (212) conmute con un segundo ciclo de trabajo, en el que el primer ciclo de trabajo es diferente del segundo ciclo de trabajo.
8. Un sistema de generación de potencia (100), que comprende:
al menos una unidad de generación de potencia (102) y un sistema de conversión de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el inversor (110) está configurado para recibir potencia generada por dicha al menos una unidad de generación de potencia.
9. Un procedimiento de conversión de potencia con un sistema de conversión de potencia de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo dicho procedimiento:
recibir potencia de corriente continua (CC);
canalizar la potencia de CC a través del inversor;
controlar el al menos un conmutador del primer puente y el al menos un conmutador del segundo puente para convertir la potencia de CC en potencia de corriente alterna (CA); y,
canalizar la potencia de CA a través del inductor.
10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el inductor incluye un núcleo de inductor y el primer devanado y el segundo devanado están situados alrededor del núcleo de inductor, en el que dicha canalización de la potencia de CA a través de un inductor comprende canalizar la potencia de CA a través del primer devanado y el segundo devanado.
11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además canalizar la potencia de CC a través de un convertidor para ajustar la potencia de CC.
12. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además acoplar una salida del primer devanado y una salida del segundo devanado a una red de distribución eléctrica para suministrar la potencia de CA a la red de distribución eléctrica.
13. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende además proporcionar una primera fase de la potencia de CA a la red de distribución eléctrica cuando la salida del primer devanado y la salida del segundo devanado están acopladas a la red de distribución eléctrica.
14. Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, que comprende además controlar el al menos un conmutador del primer puente para que conmute con un primer ciclo de trabajo y controlar el al menos un conmutador del segundo puente para que conmute con un segundo ciclo de trabajo, en el que el primer ciclo de trabajo es diferente del segundo ciclo de trabajo.
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