ES2918451T3 - Red de suministro de energía eléctrica y su funcionamiento - Google Patents
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Abstract
Una red de fuente de alimentación eléctrica (3) tiene una primera tienda de energía (11) y una segunda tienda de energía (12), en la que la red eléctrica de alimentación eléctrica (3) comprende una máquina eléctrica que tiene un primer sistema de devanado y un segundo sistema de devanado, El primer sistema de devanado es conectable eléctricamente a la primera tienda de energía (11) y el segundo sistema de devanado es conectable eléctricamente a la segunda tienda de energía (12), la red de fuente de alimentación eléctrica (3) es en particular una red de isla. En un método para operar la red de fuente de alimentación eléctrica (3), el nivel de energía de las reservas de energía cambia de acuerdo con el almacén de energía mediante diferentes consumo de energía de los sistemas de devanado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Red de suministro de energía eléctrica y su funcionamiento
La presente invención hace referencia a una red de suministro de energía eléctrica y a su funcionamiento. La red de suministro de energía eléctrica consiste, por ejemplo, en una microred.
En particular, la red de suministro de energía eléctrica siempre puede tratarse predominantemente, con frecuencia o sólo pocas veces de una microred o funcionar como una microred. Hay microredes, por ejemplo, en buques, submarinos, plataformas de perforación o en hospitales, etc. Como fuente de energía eléctrica de una red de suministro de energía eléctrica se puede proporcionar una batería, que puede cargarse y descargarse.
En los buques, especialmente en los submarinos, que obtienen su energía de múltiples baterías (parciales), existe el requisito de mantener el estado de carga de las baterías parciales individuales en el mismo nivel de tensión. Una diferencia de potencial entre las baterías parciales individuales, al menos dos, puede impedir una conexión deseada de una primera batería parcial con una segunda batería parcial. Para evitar diferencias de potencial, es decir, para mantener iguales los niveles de tensión de las baterías parciales, existe la posibilidad de acoplar al menos dos baterías parciales mediante un interruptor de potencia. Además, los consumidores en la red de suministro de energía eléctrica se pueden conectar a baterías parciales de manera desacoplada a través de diodos. De esta manera la energía requerida siempre se extrae de la batería parcial que presenta la tensión más alta. Así, siempre después de un cierto período de tiempo, los estados de carga se ajustan. En lugar de baterías o como complemento, también se pueden utilizar como acumuladores de energía en la microred condensadores de pilas de combustible, como supercondensadores u otros acumuladores de energía eléctrica. En este caso también es deseable un equilibrio de los niveles de energía eléctrica.
Una red de suministro de energía eléctrica según el concepto general de la reivindicación 1 se conoce de la solicitud DE 102014212934 A1, así como, de la solicitud DE 102016215762 A1.
De la solicitud DE 102007053229 A1 se conoce una red submarina de corriente continua para un submarino con acumuladores de energía de alto rendimiento, que presenta dos subredes que pueden estar o están conectadas entre sí a través de un acoplamiento de red; en donde cada una de las subredes presenta al menos un generador para generar energía eléctrica, al menos una batería para almacenar energía eléctrica y, como consumidor de energía, un motor para impulsar una hélice del submarino; en donde la batería presenta múltiples grupos de baterías conectados en paralelo, que a su vez están compuestos respectivamente de múltiples ramales de células de batería de almacenamiento de energía de alto rendimiento conectadas en serie; en donde es cada uno de los ramales está conectado un elemento protector limitador de incremento de corriente y/o un interruptor de grupo de baterías está conectado en serie con cada uno de los grupos de baterías; y en donde un elemento de protección limitador de incremento de corriente está presente para las corrientes de cortocircuito totales de múltiples grupos de baterías. La solicitud DE 10 2004 036 727 A1 revela una máquina eléctrica con un devanado instalado en ranuras, que presenta dos sistemas de devanado aislados galvánicamente diseñados como un devanado de barra de dos capas; en donde los sistemas de devanado están apilados en las ranuras de la máquina eléctrica de tal manera que cada ranura presenta cuatro conductores, y cada sistema de devanado está asociado a su propio sistema de alimentación eléctrica.
La solicitud DE 102004036728 A1 revela un estator para una máquina de inducción eléctrica de dos polos con un número k de sistemas de devanados multifásicos aislados galvánicamente; en donde k es mayor o igual a 2 y cada sistema de devanado presenta el mismo número de ramales y cada sistema de devanado está distribuido sobre el estator de la máquina de tal manera que genera un flujo rotatorio distribuido esencialmente de manera uniforme sobre la circunferencia del estator.
De la solicitud DE 102008 022 077 A1 se conoce un circuito para alimentar una máquina de accionamiento con múltiples, preferentemente dos, sistemas de devanado, en particular, sistemas de devanado trifásicos; en donde cada sistema de devanado está asociado a un convertidor propio, preferentemente, un convertidor trifásico modulado por ancho de pulso con un circuito de tensión intermedia y un rectificador de diodos conectado aguas arriba; en donde al menos un convertidor se puede conectar del lado de la entrada con diferentes redes de tensión no sincronizadas.
Un objeto de la presente invención consiste en especificar una red de suministro de energía eléctrica en la cual se pueden compensar los niveles de energía eléctrica y/o los niveles de tensión en los acumuladores de energía.
Dicho objeto se resuelve conforme a la invención mediante los correspondientes objetos de las reivindicaciones independientes 1 y 5.
Las respectivas configuraciones resultan en particular de una de las reivindicaciones relacionadas.
Una red de suministro de energía eléctrica presenta un primer acumulador de energía y un segundo acumulador de energía. Los acumuladores de energía pueden ser, por ejemplo, baterías, pilas de combustible, condensadores, en particular, supercondensadores. La red de suministro de energía eléctrica presenta una máquina eléctrica con un primer sistema de devanado y un segundo sistema de devanado; en donde el primer sistema de devanado se puede conectar eléctricamente con el primer acumulador de energía. Para ello, por ejemplo, está previsto un primer dispositivo de conmutación (mecánico y/o con semiconductor). El segundo sistema de devanado se puede conectar eléctricamente con el segundo acumulador de energía. Para ello se requiere, por ejemplo, un segundo dispositivo de conmutación (mecánico y/o con semiconductor). La red de suministro de energía eléctrica consiste particularmente en una microred. En particular, un primer submotor de la máquina eléctrica está conformado a través del primer sistema de devanado de la máquina eléctrica y un segundo submotor de la máquina eléctrica está conformado a través del segundo sistema de devanado de la máquina eléctrica. Cuando el acumulador de energía presenta una batería, puede presentar múltiples baterías parciales. Por lo tanto, la batería también puede presentar una estructura modular. La red de suministro de energía eléctrica presenta, en particular, una red de navegación que está prevista para un buque o un submarino. La red de navegación presenta, en particular, una primera subred de navegación y una segunda subred de navegación. Una diferencia de potencial entre las, al menos dos, subredes de navegación individuales puede impedir y/o dificultar que las subredes de navegación se conecten entre sí. En particular, la primera red parcial de navegación presenta el primer acumulador de energía y la segunda red parcial de navegación presenta el segundo acumulador de energía o están respectivamente asociadas a los mismos.
En una configuración de la red de suministro de energía eléctrica, los estados de carga de la batería se compensan para baterías desacopladas (baterías parciales), por ejemplo, en un submarino o un buque. Un motor que presenta al menos dos submotores y, por ejemplo, actúa como un motor de propulsión en un submarino, puede mantener el mismo nivel de los estados de carga de las subbaterías debido al consumo diferenciado de energía de los submotores. En tal caso, por ejemplo, se miden las tensiones de los submotores y la diferencia se suministra a un controlador de compensación. La salida del controlador de compensación se suma, por ejemplo, con la salida del controlador de velocidad y este valor objetivo se suministra al submotor que presenta la tensión más alta. Para el otro submotor, que presenta la tensión más bajo, la salida del controlador de compensación se resta del controlador de velocidad y se suministra a este submotor como valor objetivo. De esta manera, se puede mantener el rendimiento general en el eje portahélice, sólo el consumo de energía eléctrica de los submotores es diferente. El motor, en particular el motor utilizado como motor de propulsión de una hélice, también puede presentar más de dos motores parciales y/o más de dos baterías parciales.
Cuando las baterías parciales se acoplan mediante un interruptor de potencia, un cortocircuito en un sistema parcial puede provocar una caída de tensión cercana a cero en el sistema general. Esto puede conducir a que los consumidores se apaguen. Después de que el interruptor de potencia haya apagado la red (red parcial) no afectada por el cortocircuito y la tensión en la red libre de fallas regrese, los consumidores de la red libre de fallas deben volver a conectarse automáticamente a través de un así denominado como black-out automático o de manera manual. Cuando, en el caso de corrientes de cortocircuito muy altas, además del interruptor de acoplamiento se instala un fusible, las redes ya no se pueden acoplar ni siquiera después de eliminar el cortocircuito, mientras dicho fusible no se haya reemplazado. Un fusible de este tipo presenta, por ejemplo, múltiples cartuchos de fusibles NH atornillados. El problema descrito se puede eliminar mediante la capacidad de conectar el primer acumulador de energía al primer sistema de devanado y el segundo acumulador de energía, al segundo sistema de devanado.
Cuando los consumidores de la red de suministro de energía eléctrica están conectados a baterías parciales de forma desacoplada a través de diodos, se reduce el problema de un cortocircuito. La potencia requerida siempre se extrae de la batería parcial con la tensión más alta a través de los diodos. De esta forma, se puede evitar el problema de una caída de tensión en todo el sistema en caso de un cortocircuito. Sin embargo, toda la corriente de consumo fluye siempre a través de los diodos, lo que conduce a una pérdida de potencia a través de los diodos y, por lo tanto, a una menor eficiencia general, por ejemplo, del sistema de propulsión de un buque o submarino. Además, esta pérdida de energía conduce a la generación de calor, que a su vez debe volver a enfriarse, lo que a su vez cuesta energía adicional.
En una configuración de la red de suministro de energía eléctrica con al menos dos sistemas de devanado y los al menos dos acumuladores de energía, es posible, por ejemplo, operar baterías parciales sin que estén acopladas, y también conectar un consumidor o una pluralidad de consumidores a ambas baterías parciales ni necesidad de diodos, con el fin de mejorar la seguridad del sistema. Esto significa, por un lado, que en el caso de un cortocircuito, sólo la red afectada experimenta una caída de tensión y, por otro lado, que no haya pérdidas adicionales, por ejemplo, en el sistema de navegación. Esto puede hacer que el sistema de conducción en general sea más seguro y más eficiente.
En una configuración de la red de suministro de energía eléctrica, el primer acumulador de energía se puede desconectar o conectar eléctricamente con el segundo acumulador de energía. Para ello, está previsto al menos un dispositivo de conmutación (mecánico y/o con semiconductor).
En una configuración de la red de suministro de energía eléctrica, la misma presenta una primera subred y una segunda subred. En particular, aquí, la primera subred presenta un primer bus de corriente continua, la segunda subred presenta un segundo bus de corriente continua; en donde el primer bus de corriente continua y el segundo bus de corriente continua se pueden acoplar directamente entre sí (mismo nivel de tensión).
En una configuración de la red de suministro de energía eléctrica, la primera subred presenta el primer acumulador de energía para el almacenamiento de energía eléctrica y la segunda red presenta el segundo acumulador de energía para el almacenamiento de energía eléctrica.
Conforme a la invención está previsto un dispositivo de compensación para cambiar los estados del acumulador de energía eléctrica y/o los estados de carga del primer acumulador de energía y/o del segundo acumulador de energía.
De acuerdo con la invención, el dispositivo de compensación presenta un controlador de compensación; en donde una señal de salida del controlador de compensación se acopla a una señal de salida que depende de la velocidad de otro controlador y el valor acoplado se suministra a un controlador para energizar el primer sistema de devanado y/o el segundo sistema de devanado.
En una configuración de la red de suministro de energía eléctrica, el primer acumulador de energía está asociado al primer sistema de devanado y el segundo acumulador de energía, al segundo sistema de devanado. En particular, se asocia una pluralidad de acumuladores de energía a una pluralidad de sistemas de devanado/motores parciales. En un procedimiento para el funcionamiento de una red de suministro de energía eléctrica, que presenta un primer acumulador de energía, por ejemplo, una batería, una pila de combustible, etc., y un segundo acumulador de energía, por ejemplo, una batería, una pila de combustible, etc.; en donde la red de suministro de energía eléctrica presenta una máquina eléctrica con un primer sistema de devanado y un segundo sistema de devanado; en donde el nivel de energía de los acumuladores de energía, dependiendo del acumulador de energía, varía en función del diferente consumo de energía de los sistemas de devanado.
Conforme a la invención se utiliza un dispositivo de compensación para cambiar los estados del acumulador de energía eléctrica, en particular, los estados de carga, del primer acumulador de energía y/o del segundo acumulador de energía; en donde el dispositivo de compensación presenta un controlador de compensación
De acuerdo con la invención, la salida del controlador de compensación se suma con la salida de un controlador de velocidad de la máquina eléctrica y este valor de adición se suministra a un controlador de la máquina eléctrica como un valor objetivo, eventualmente uno de diversos valores objetivos de un submotor o de un sistema de devanado.
En una configuración del procedimiento, el valor objetivo se suministra al submotor que se encuentra a mayor tensión.
En una configuración del procedimiento, en el caso de un submotor de la máquina eléctrica, la salida del controlador de compensación se resta de la salida del controlador de velocidad de la máquina eléctrica y este valor de sustracción se utiliza como valor objetivo.
En una configuración del procedimiento, en el caso del submotor de la máquina eléctrica, que se encuentra en una tensión más baja que otro submotor de la máquina eléctrica, la salida del controlador de compensación se resta de la salida del controlador de velocidad de la máquina eléctrica y este valor de sustracción se suministra como un valor objetivo al submotor de la máquina eléctrica que se encuentra en la tensión más baja.
En una configuración del procedimiento, los acumuladores de energía funcionan desacoplados.
En una configuración del procedimiento, los acumuladores de energía funcionan por separado unos de otros en el caso de un cortocircuito.
En una configuración del procedimiento, se utiliza una red de suministro de energía eléctrica del tipo descrito.
La presente invención así como otras configuraciones de la invención se explican a continuación en base a un ejemplo de ejecución que se muestra a modo de ejemplo en la figura.
La figura muestra una red de suministro de energía eléctrica 3, con un primer acumulador de energía 11 en una primera subred 1 y un segundo acumulador de energía 12 en una segunda subred 2. Está previsto un dispositivo de compensación 30 para cambiar los estados del acumulador de energía eléctrica del primer acumulador de energía
11 y del segundo acumulador de energía 12. El dispositivo de compensación 30 presenta como primera señal de entrada 31 la tensión real UMotori de un primer sistema de devanado de un primer submotor y como segunda señal de entrada 32 la tensión real UMotor2 de un segundo sistema de devanado de un segundo submotor. Las tensiones se restan y se suministra a un controlador. El dispositivo de compensación 30 presenta como tercera señal de entrada 33 un valor de velocidad real nreal y como cuarta señal de entrada 34 un valor objetivo de velocidad nobjetivo. Estos valores también se restan y se envían a otro elemento controlador. Las salidas de los controladores están vinculadas entre sí para obtener un primer valor objetivo de velocidad 35 (Mobjetivo) para un primer convertidor de potencia 37 para el primer sistema de devanado para un primer motor. Las salidas de los elementos controladores también están conectadas entre sí para obtener un segundo valor objetivo de velocidad 36 (Mobjetivo) para un segundo convertidor de potencia 38 para un segundo sistema de devanada para un segundo motor.
Claims (11)
1. Red de suministro de energía eléctrica (3), en particular una microred, con un primer acumulador de energía (11) y un segundo acumulador de energía (12); en donde la red de suministro de energía eléctrica (3) presenta una máquina eléctrica con un primer sistema de devanado y un segundo sistema de devanado; en donde el primer sistema de devanado se puede conectar eléctricamente con el primer acumulador de energía (11) y el segundo sistema de devanado se puede conectar eléctricamente con el segundo acumulador de energía (12); y con un dispositivo de compensación para cambiar los estados del acumulador de energía eléctrica del primer acumulador de energía (11) y/o del segundo acumulador de energía (12);
caracterizado porque el dispositivo de compensación presenta un controlador de compensación; en donde una señal de salida del controlador de compensación se acopla a una señal de salida que depende de la velocidad de otro controlador de la red de suministro de energía eléctrica y el valor acoplado se suministra a un controlador para energizar el primer sistema de devanado y/o el segundo sistema de devanado.
2. Red de suministro de energía eléctrica (3) según la reivindicación 1, en donde el primer acumulador de energía (11) se puede desconectar eléctricamente o conectar eléctricamente con el segundo acumulador de energía (12).
3. Red de suministro de energía eléctrica (3) según la reivindicación 1 ó 2, con una primera subred (1) y una segunda subred (2), en donde la primera subred (1) presenta el primer acumulador de energía (11) para el almacenamiento de energía eléctrica y la segunda red (2) presenta el segundo acumulador de energía (12) para el almacenamiento de energía eléctrica.
4. Red de suministro de energía eléctrica (3) según una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el primer acumulador de energía (11) está asociado al primer sistema de devanado y el segundo acumulador de energía (12), al segundo sistema de devanado.
5. Procedimiento para el funcionamiento de una red de suministro de energía eléctrica (3) que presenta un primer acumulador de energía (11) y un segundo acumulador de energía (12); en donde la red de suministro de energía eléctrica (3) presenta una maquina eléctrica con un primer sistema de devanado y un segundo devanado sistema; en donde con diferente consumo de energía de los sistemas de devanado, el nivel de energía de los acumuladores de energía cambia dependiendo del acumulador de energía; en donde un dispositivo de compensación presenta un controlador de compensación para cambiar los estados del acumulador de energía del primer acumulador de energía y/o del segundo acumulador de energía; caracterizado porque la salida del controlador de compensación se suma con la salida de un controlador de velocidad de la máquina eléctrica, y este valor de adición se suministra como valor objetivo de un submotor de la máquina eléctrica.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en donde el valor objetivo se suministra al submotor que se encuentra a mayor tensión.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 ó 6, en donde en un submotor de la máquina eléctrica, la salida del controlador de compensación se resta de la salida del controlador de velocidad de la máquina eléctrica y este valor de sustracción se utiliza como valor objetivo.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 7, en donde en el caso del submotor de la máquina eléctrica, que se encuentra en una tensión más baja que otro submotor de la máquina eléctrica, la salida del controlador de compensación se resta de la salida del controlador de velocidad de la máquina eléctrica y este valor de sustracción se suministra como un valor objetivo al submotor de la máquina eléctrica que se encuentra en la tensión más baja.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 8, en donde los acumuladores de energía funcionan desacoplados.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 9, en donde los acumuladores de energía funcionan por separado unos de otros en el caso de un cortocircuito.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 a 10, en donde una red de suministro de energía eléctrica (3) se utiliza según una de las reivindicaciones 1 a 4.
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