BR102016000759A2 - sistema de potência de corrente contínua e método para o suprimento de potência de corrente contínua - Google Patents

Abstract

sistema de potência de corrente contínua e método para o suprimento de potência de corrente contínua trata-se de um sistema de potência de corrente contínua (cc) que inclui uma pluralidade de fontes de energia que fornecem potência para uma pluralidade de cargas e um barramento de cc comum que tem pelo menos uma barra positiva. o barramento de cc comum é acoplado entre a pluralidade de fontes de energia e a pluralidade de cargas. o barramento de cc comum inclui pelo menos duas subseções de barramento de cc com capacidade de transferência de potência de cc entre as mesmas e pelo menos um separador de barramento de cc acoplado entre as pelo menos duas subseções de barramento de cc. o separador de barramento de cc inclui pelo menos uma comutação controlável de barra positiva com pelo menos um de seus terminais acoplado a pelo menos um terminal de um indutor de barra positiva para fornecer um caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de cc durante a operação normal por meio do indutor de barra positiva. o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é controlado para ser desligado para interromper o caminho de corrente quando é detectada uma falha na barra positiva. além disso, o separador de barramento de cc inclui pelo menos um diodo de barra positiva conectado em paralelo ao pelo menos um indutor de barra positiva e disposto para fornecer um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no pelo menos um indutor de barra positiva quando o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é desligado.

Description

“SISTEMA DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA E MÉTODO PARA O SUPRIMENTO DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA” Antecedentes [001] A invenção refere-se geralmente a transmissão de potência e, mais especificamente, a um sistema e método para transmissão de potência elétrica para equipamento elétrico submarino.

[002] Nas últimas décadas, o campo de conversão de potência cresceu enormemente devido às suas eminentes vantagens em acionamentos de motor, sistemas de energia renovável, sistemas de corrente contínua de alta tensão (HVDC), e semelhantes. Por exemplo, um sistema de produção de óleo e gás submarino que requer centenas de megawatts de potência elétrica pode empregar uma transmissão de HVDC e sistema de distribuição para liberação de potência elétrica. Além disso, mais recentemente, o tráfego marítimo também aumentou substancialmente ao redor do mundo devido à tremenda expansão de embarcações de transporte de carga, navios de guerra, navios de petróleo offshore, navios de passageiros, etc. Essas embarcações ou navios têm muitas cargas elétricas a bordo. Acionamentos elétricos de velocidade variável para bombas, ventoinhas, instalações de propulsão elétrica e condicionamento de ar são alguns exemplos de cargas elétricas a bordo de um navio.

[003] Frequentemente, as disposições de circuito de suprimento de potência submarina e marinha incluem um sistema de potência de corrente contínua (CC) que inclui um barramento de CC para ao qual uma pluralidade de conversores de potência e uma pluralidade de cargas é conectada. Os conversores de potência suprem energia para uma pluralidade de cargas por meio do barramento de CC comum. O barramento de CC comum também inclui uma pluralidade de capacitores. Tal sistema de potência apresenta problemas de proteção significativos devido a um amplo número de subsistemas no circuito. Em muitos casos, o próprio barramento de CC comum pode ser dividido em uma pluralidade de subseções e as subseções relevantes, então, formam adicionalmente subsistemas. Os problemas de proteção são exacerbados pelo ambiente submarino e pelas exigências de cliente de disponibilidade de sistema para vários anos sem manutenção. Portanto, é necessário projetar todo o conjunto de subsistemas conectado ao barramento de CC comum de um modo que limite os danos mesmo quando somente um subsistema falha devido a uma falha de curto-circuito. O problema principal é a descarga de uma grande quantidade de energia acumulada nos capacitores que são conectados ao barramento de CC comum de um subsistema a outro.

[004] Uma solução para mitigar os problemas acima é o uso de varistores em combinação com anéis de amortecimento RC que têm a finalidade de absorver a energia associada com a corrente de barramento de CC quando um comutador controlável abre durante uma falha. Entretanto, muitas dessas soluções envolvem utilizar um disjuntor de CC.

[005] Portanto, ainda existe uma necessidade de um sistema e método compacto e confiável para transmissão de potência elétrica para equipamento marinho ou submarino.

Breve Descrição [006] De acordo com uma realização da presente técnica, é apresentado um sistema de potência de corrente. O sistema de potência de CC inclui uma pluralidade de fontes de energia que fornece potência para uma pluralidade de cargas e um barramento de CC comum que tem pelo menos uma barra positiva. O barramento de CC comum é acoplado entre a pluralidade de fontes de energia e a pluralidade de cargas. O barramento de CC comum inclui pelo menos duas subseções de barramento de CC com capacidade de transferência de potência de CC entre as mesmas e pelo menos um separador de barramento de CC acoplado entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC. O separador de barramento de CC inclui pelo menos um comutador controlável de barra positiva com pelo menos um de seus terminais acoplado a pelo menos um terminal de um indutor de barra positiva para fornecer um caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC durante a operação normal por meio do indutor de barra positiva, em que o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é controlado para ser desligado para interromper o caminho de corrente quando é detectada uma falha na barra positiva. Além disso, o separador de barramento de CC inclui pelo menos um diodo de barra positiva conectado em paralelo ao pelo menos um indutor de barra positiva e disposto para fornecer um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no pelo menos um indutor de barra positiva quando o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é desligado.

[007] De acordo com outra realização da presente técnica, é apresentado um método para o suprimento de potência de CC. O método inclui fornecer uma pluralidade de fontes de energia para suprir potência de CC para uma pluralidade de cargas e acoplar a pluralidade de fontes de energia e a pluralidade de cargas através de um barramento de CC comum que tem pelo menos uma barra positiva. Acoplar as fontes de energia e as cargas através do barramento de CC comum inclui fornecer pelo menos duas subseções de barramento de CC com capacidade de transferência de potência de CC entre as mesmas e acoplar pelo menos um separador de barramento de CC entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC. Acoplar o pelo menos um separador de barramento de CC inclui acoplar pelo menos um terminal de uma barra positiva a pelo menos um terminal de um indutor de barra positiva para fornecer um caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC durante a operação normal por meio do indutor de barra positiva. Além disso, acoplar o pelo menos um separador de barramento de CC inclui controlar o pelo menos um comutador controlável de barra positiva a ser desligado para interromper o caminho de corrente quando é detectada uma falha na barra positiva. Acoplar o pelo menos um separador de barramento de CC também inclui conectar pelo menos um diodo de barra positiva em paralelo ao pelo menos um indutor de barra positiva e disposto para fornecer um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no pelo menos um indutor de barra positiva quando o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é desligado.

Figuras [008] A Figura 1 é uma representação diagramática de um sistema de potência de CC da técnica anterior para um equipamento marinho ou submarino; A Figura 2 é um diagrama esquemático que ilustra um barramento de CC para usar em um sistema de potência de CC, de acordo com os aspectos da presente revelação; A Figura 3 é um diagrama gráfico que ilustra plotagens de simulação do sistema de potência de CC da Figura, 2 de acordo com uma realização da presente técnica; e A Figura 4 é um diagrama esquemático que ilustra outro sistema de potência de CC, de acordo com os aspectos da presente revelação.

Descrição Detalhada [009] A não ser que seja definido o contrário, os termos técnicos e científicos usados no presente documento têm o mesmo significado, como é comumente entendido por um elemento versado na técnica à qual essa revelação pertence. Os termos “primeiro”, “segundo” e similares, como usados no presente documento não denotam qualquer ordem, quantidade, ou importância, mas são usados para distinguir um elemento do outro. Além disso, os termos “um” e “uma” não denotam uma limitação da quantidade, mas denotam a presença de pelo menos um dos itens referidos. O temo “ou” refere-se a algo inclusivo e significa um, alguns ou todos os itens listados. O uso de “que inclui”, “que compreende” ou “que tem” e variações dos mesmos se destinam a abranger os itens listados doravante no presente documento e equivalentes dos mesmos, como também itens adicionais. Os termos “conectado” e “acoplado” não estão restritos a conexões ou acoplamentos mecânicos e físicos e podem incluir conexões ou acoplamentos elétricos, sejam diretos ou indiretos. Além disso, os termos “circuito”, “conjunto de circuitos” e “controlador” podem incluir tanto um componente único ou uma pluralidade de componentes que são tanto ativos e/ou passivos e são conectados ou, de outra forma, juntamente acoplados para fornecer a função descrita.

[010] Voltando agora às Figuras, por meio de exemplo na Figura 1 é retratado um sistema de potência de CC 102 de técnica anterior para um equipamento marinho ou submarino. O sistema de potência de CC 102 inclui fontes de energia tais como geradores de corrente alternada (AC) 108, 110 que alimentam a potência para um barramento de CC 120 por meio de conversores eletrônicos de potência 122 e 124, respectivamente. Em uma realização, por exemplo, para um sistema submarino, o sistema de potência de CC 102 pode receber energia de uma grade de potência (não mostrada) por meio de uma linha de transmissão (não mostrada). Na realização mostrada, o sistema de potência de CC 102 também inclui um dispositivo de armazenamento de energia 112 que alimenta a potência para um barramento de CC 126 por meio de um conversor eletrônico de potência 128. Os conversores eletrônicos de potência 122, 124 são conversores de CA para CC já que os mesmos têm que converter potência dos geradores de CA para o barramento de CC, enquanto o conversor eletrônico de potência 128 é um conversor de CC para CC já que o mesmo acopla um dispositivo de armazenamento de potência de CC a um barramento de CC. Os dois barramentos de CC 120 e 126 não têm a mesma tensão de CC e, portanto, são acoplados um ao outro através de um conversor de CC para CC 130. O conversor de CC para CC 130 pode ser um conversor de CC para CC bidirecional ou um conversor de CC para CC unidirecional. Adicionalmente, as cargas 132 e 134 são conectadas ao barramento de CC 120 através dos conversores eletrônicos de potência 136 e 138, respectivamente, e as cargas 140 e 142 são conectadas ao barramento de CC 122 através dos conversores eletrônicos de potência 144 e 146, respectivamente. Dependendo se a carga é uma carga de CA ou uma carga de CC, os conversores eletrônicos de potência 136, 138, 144 e 146 podem ser conversores de CA para CC ou conversores de CC para CC.

[011] Deve-se verificar que a Figura 1 é um diagrama de linha única de sistema de potência de CC 102. Em outras palavras, todos os conversores têm sido mostrados tendo somente um terminal de entrada e um terminal de saída para facilitar a explicação. Entretanto, um terminal negativo ou um terminal de referência está sempre na entrada e na saída de cada conversor. De modo similar, o barramento de CC 120 inclui uma barra positiva e uma barra negativa, mas, para facilidade de explicação, somente uma linha é mostrada.

[012] O sistema de potência de CC 102 também inclui um controlador 147 para controlar vários conversores de CA para CC e/ou conversores de CC para CC. Além disso, o barramento de CC 120 inclui duas subseções, 148 e 149, respectivamente. Se existir uma falha de curto-circuito na subseção 148, então as cargas e geradores conectados à subseção 149 também serão afetados. De modo similar, se houver uma falha de curto-circuito na subseção 149, então as cargas e geradores conectados à subseção 148 serão afetados. Portanto, de acordo com uma realização da presente técnica, é apresentado um separador de barramento de CC que isola uma subseção de barramento de CC defeituosa de uma subseção de barramento de CC saudável e permite a continuidade de operação de subseção barramento de CC.

[013] A Figura 2 ilustra um diagrama esquemático de um barramento de CC 200 para uso em um sistema de potência de CC, de acordo com aspectos da presente revelação. O barramento de CC 200 inclui uma barra positiva 208, uma barra negativa 212 e uma barra de aterramento 210. Além disso, o barramento de CC 200 é dividido em duas subseções 202 e 204. As subseções 202 e 204 são separadas por um separador de CC 206. O barramento de CC 200 também inclui uma pluralidade de capacitores conectados entre a barra positiva 208, a barra negativa 212 e a barra de aterramento 210. Conforme discutido anteriormente, uma pluralidade de cargas (não mostrada) pode ser conectada ao barramento de CC 200. As cargas 236 podem estar entre a barra positiva 208 e a barra negativa 212 ou a barra de aterramento 210 e a barra negativa 212 ou entre a barra positiva 208 e a barra negativa 212.

[014] O barramento de CC 200 mostrado na Figura 2 permite a separação controlada de subseções de barramento de CC quando o fluxo de potência de CC é unidirecional, isto é, a potência de CC transfere da subseção 202 para subseção 204. Entretanto, a técnica revelada no presente documento também é aplicável a uma estrutura de barramento de CC em que a separação controlada também pode ser fornecida com fluxo de potência bidirecional. Quando existe uma falha de curto-circuito na subseção 204, o separador de barramento de CC 206 isola a subseção 204 da subseção 202. Em outras palavras, quando a falha ocorre o separador de barramento de CC 206 bloqueia uma corrente de barramento de CC da subseção 202 à subseção 204.

[015] O separador de barramento de CC 206 inclui um comutador controlável de barra positiva 216 e um comutador controlável de barra negativa 218 conectado em série com a barra positiva 208 e a barra negativa 212, respectivamente. O separador de barramento de CC 206 inclui adicionalmente um par de diodos indutores de barra positiva 223 em sua barra positiva 208 e um par de diodos indutores de barra negativa 225 em sua barra negativa 212. O par de diodos indutores de barra positiva 223 inclui um diodo 220 conectado em paralelo com um indutor de barra positiva 222. O par de diodos indutores de barra positiva 223 é, então, adicionalmente conectado ao comutador controlável de barra positiva 216. O comutador controlável de barra positiva 216 está em conexão em série com o indutor de barra positiva 222 e fornece um caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC 202, 204 durante a operação normal por meio do indutor. Deve-se verificar no presente documento que o termo "conexão em série" se refere a uma conexão física entre os dois elementos, isto é, os mesmos são conectados um após o outro e um dos terminais de cada elemento é acoplado junto. Além disso, o comutador controlável de barra positiva 216 é controlado para ser desligado para interromper o caminho de corrente quando uma falha é detectada na subseção de barramento de CC 202. Na realização mostrada, um ânodo de diodo de barra positiva 220 é acoplado à subseção de barramento de CC 204, ao passo que o cátodo é conectado ao comutador controlável 216. O diodo de barra positiva 220 conectado em paralelo ao indutor de barra positiva 222 fornece um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no indutor de barra positiva 222 quando o comutador controlável de barra positiva 216 não está conduzindo ou está desligado devido a uma falha.

[016] De modo similar, o par de diodos condutores de barra negativa 225 também inclui um diodo de barra negativa 224 conectado em paralelo com um indutor de barra negativa 226. Na realização mostrada, o cátodo do diodo de barra negativa 224 é conectado ao comutador controlável de barra negativa 218 e o ânodo é conectado à subseção de barramento de CC 204. O comutador controlável de barra negativa 218 fornece um caminho de corrente para um fluxo de potência entre as subseções 202 e 204 por meio de indutor de barra negativa 226 durante condições normais. Além disso, o comutador controlável de barra negativa 218 é controlado para ser desligado no caso de uma falha, de modo a interromper o caminho de corrente entre as subseções 202 e 204. O diodo de barra negativa 224 fornece novamente um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no indutor de barra negativa 226 quando o comutador controlável de barra negativa 218 é desligado devido a uma falha.

[017] Os comutadores controláveis, tais como os comutadores 216 e 218, podem incluir dispositivos de comutação com base em tecnologia de semicondutor, de modo que um transistor bipolar de porta isolada (IGBT), um transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico (MOSFET), um transistor de efeito de campo (FET), um tiristor de desligamento pela porta, um tiristor comutado de porta isolada (IGCT), um transistor de porta de injeção aprimorada (IEGT), um comutador baseado em carboneto de silício, um comutador com base em nitreto de gálio, um comutador com base em arsenieto de gálio ou equivalentes dos mesmos. Além disso, os comutadores controláveis podem incluir uma pluralidade de dispositivos de comutação conectados em série ou em paralelo ou combinações dos mesmos.

[018] Conforme discutido anteriormente, o barramento de CC 200 permite a separação controlada quando o fluxo de potência de CC é unidirecional. Portanto, durante a operação normal, a potência de CC flui da subseção de barramento de CC 202 para a subseção de barramento de CC 204. Os comutadores controláveis 216 e 218 são comutados durante a operação normal e uma corrente de barramento de CC 230 de subseção 202 para subseção 204 flui do comutador controlável de barra positiva 216 e do indutor de barra positiva 222 na barra positiva 208. Além disso, a corrente de barramento de CC 230 flui do indutor de barra negativa 226 e o comutador controlável de barra negativa 218 na barra negativa 212. Os diodos 220 e 224 tem polarização inversa, devido ao fato de que a corrente de barramento de CC 230 não pode fluir nos mesmos quando é positiva, conforme indicado na figura.

[019] Guando uma falha de curto-circuito 232 ocorre na barra positiva 208 na subseção de barramento de CC 204, a corrente de barramento de CC 230 começa a se elevar substancialmente e os indutores 222 e 226 geram aumento de tensão negativa através de diodos 220 e 224. Isso resulta no fato de o diodo de barra positiva 220 se tornar ainda mais inversamente polarizado. Uma vez que a corrente de curto-circuito ou falha de corrente é detectada por um sensor (não mostrado), o controlador 147 (Figura 1) desliga o comutador controlável de barra positiva 216 e isola a barra positiva 208 de subseção de barramento de CC perfeito 202 da barra positiva 208 ou subseção de barramento de CC defeituosa 204. Em uma realização, o indutor 222 é projetado para limitar a taxa de corrente de elevação no comutador 216, de modo que, mesmo após o atraso inevitável de detecção e proteção, o comutador 216 possa ainda ser desligado de modo seguro, isto é, abaixo de sua corrente comutável máxima. Uma vez que o comutador 216 é desligado, a corrente no indutor 222 começa a diminuir, o que imediatamente gera tensão direta através de diodo 220 e a corrente flui, então, através do diodo 220, isto é, o diodo 220 age como um diodo de roda livre para a corrente de indutor. Uma vez que o diodo 220 inicia a condução, qualquer diodo antiparalelo através do comutador 216 não conduz. Além disso, uma vez que a corrente de indutor recebe um caminho de corrente por meio de diodo 220, nenhuma sobretensão significativa é gerada através do comutador 216 e o comutador 216 também não precisa de grandes absorvedores de energia paralelamente ao mesmo. A corrente de indutor eventualmente se extingue e o diodo 220 torna-se mais uma vez inversamente polarizado, garantindo, desse modo, a separação indefinida de barra positiva 208 de subseção de barramento de CC 202 da subseção de barramento de CC 204 e, assim, a continuidade de operação de subseção de barramento de CC 202. Deve-se verificar que, embora as barras positivas 208 de subseção de barramento de CC 202 e de subseção de barramento de CC 204 tenham sido separadas, as barras negativas 212 de subseções 202 e 204 ainda estão acopladas. Além disso, as cargas conectadas entre a barra negativa 212 e a barra positiva 210 de subseção 204 ainda podem estar operativas na tensão reduzida, uma vez que a tensão de barra positiva cai para a tensão de barra de aterramento devido ao curto-circuito.

[020] Agora, se uma falha de curto-circuito 234 também ocorre na barra negativa 212 na subseção de barramento de CC 204, a princípio o diodo de barra negativa 224 se torna ainda mais inversamente polarizado e, então, uma vez que o comutador controlável de barra negativa 218 é desligado, o diodo de barra negativa 224 se torna diretamente polarizado e fornece um caminho livre de restrições para a corrente de indutor de indutor de barra negativa 226. Isso separa a barra negativa 212 na subseção de barramento de CC 204 da barra negativa 212 na subseção de barramento de CC 202. Eventualmente, a corrente de indutor se extingue. Assim, a subseção de barramento de CC 202 continua a operar normalmente.

[021] Agora, em referência à Figura 3, é descrito um diagrama gráfico 150 que ilustra plotagens de simulação do sistema de potência de CC da Figura 2, de acordo com uma realização da presente técnica. As plotagens mostradas são as para falhas de curto-circuito simuladas na barra positiva 208 no subsistema de barramento de CC 204 no tempo t1 e na barra negativa 212 no subsistema de barramento de CC 204 no tempo t2. Na Figura 4, a plotagem 152 mostra quatro sinais, um sinal de tensão de barra positiva 160 de subsistema de barramento de CC defeituoso 204, um sinal de corrente de carga 162 de subsistema defeituoso 204, um sinal de tensão de barra positiva 164 no subsistema de barramento de CC saudável 202 e um sinal de corrente de carga 166 de subsistema saudável 202, Conforme pode ser observado a partir da plotagem 152, quando a primeira falha de curto-circuito ocorre no tempo t1, o sinal de tensão de barra positiva 160 cai para zero e, portanto, o sinal de corrente de carga 162 do subsistema defeituoso também cai para a metade de seu valor de corrente original. O sinal de corrente de carga 162 reduz, adicionalmente, para zero no tempo t2 quando o segundo curto-circuito ocorre e a tensão de barra negativa também se torna zero devido à falha. Além disso, pode-se verificar que, uma vez que o subsistema perfeito é isolado, o sinal de tensão de barra positiva 164 e o sinal de corrente de carga 166 de subsistema perfeito não verificam nenhuma mudança e continuam a operar normalmente.

[022] A plotagem 154 na Figura 3 mostra dois sinais de correntes, um sinal de corrente de indutor 168 de indutor de barra positiva 222 e um sinal de corrente de barra positiva 170 do subsistema defeituoso 204. Como pode ser observado, o sinal de corrente de barra positiva 170 reduz a zero no tempo t1 quando a falha de curto-circuito ocorre na barra positiva 208. Além disso, existe um ligeiro pico no sinal de corrente de indutor 168 no tempo t1. Após o tempo t1, o sinal de corrente de indutor 168 começa a recirculação por meio de diodo de barra positiva 220 e, após um tempo, o mesmo se extingue completamente.

[023] A plotagem 156 na Figura 3 mostra um sinal de tensão de barra negativa 172 de subsistema perfeito 202 e um sinal de tensão de barra negativa 174 de subsistema defeituoso 202. Como pode ser observado, a primeira falha no tempo t1 não afeta ambos os sinais de tensão 172 e 174. Entretanto, a segunda falha de curto-circuito que ocorre na barra negativa no tempo t2 afeta o sinal de tensão de barra negativa 174 que reduz a zero no tempo t2. Além disso, a plotagem 158 da Figura 3 mostra um sinal de corrente de indutor 176 de indutor de barra negativa 226 e uma corrente de barra negativa 178 no subsistema defeituoso 204. No tempo t1, tanto o sinal de corrente de indutor 176 quanto a corrente de barra negativa 178, reduzem para metade o valor original. Além disso, no tempo t2, tanto o sinal de corrente de indutor 176 quanto a corrente de barra negativa 178 reduzem o valor a zero. Pode-se verificar que, como esperado, o sinal de corrente de indutor 176 não reduz o valor para metade ou para zero imediatamente nos tempos t1 e t2 respectivamente, ao contrário, o mesmo leva um tempo curto antes de ir para o valor zero. No tempo t2, o subsistema 202 e o subsistema 204 são completamente isolados.

[024] A Figura 4 ilustra um diagrama esquemático de outro barramento de CC 250 para uso em um sistema de potência de CC, de acordo com os aspectos da presente revelação. O barramento de CC 250 inclui uma subseção de barramento de CC 252 e uma subseção de barramento de CC 254. O barramento de CC 250 permite o fluxo de potência bidirecional, isto é, a potência de CC pode fluir tanto da subseção de barramento de CC 252 para subseção de barramento de CC 254 quanto da subseção de barramento de CC 254 para subseção de barramento de CC 252. O barramento de CC 250 também inclui uma barra positiva 258, uma barra de aterramento 260 e uma barra negativa 262. A pluralidade de capacitores 264 e cargas (não mostrada) pode ser conectada entre a barra positiva 258, a barra de aterramento 260 e a barra negativa 262. Uma vez que o barramento de CC 250 permite o fluxo de potência bidirecional, dois separadores de barramento de CC são usados na realização da Figura 4 para o sistema de potência de CC que inclui pelo menos dois separadores de barramento de CC, cada um configurado para isolar a subseção de barramento de CC perfeita da subseção de barramento de CC defeituosa, dependendo da direção da corrente de barramento de CC.

[025] Um primeiro separador de barramento de CC 266 e um segundo separador de barramento de CC 268 são conectados em série na polaridade oposta. Deve-se verificar que os dois separadores de barramento de CC 266, 268 são usados nesta realização, uma vez que a potência de CC pode fluir tanto da subseção 252 para subseção 254 quanto o contrário. Além disso, a razão para conectar os dois separadores de barramento de CC 266, 268 em polaridade oposta é que a corrente pode fluir em qualquer direção. Assim, tanto o separador de barramento de CC 266 quanto o separador de barramento de CC 268 podem trabalhar para projetar o sistema, dependendo da direção da corrente de barramento de CC.

[026] Cada um dos separadores de barramento de CC 266 e 268 inclui um comutador controlável e um par de diodos indutores em sua barra positiva assim como em sua barra negativa. Por exemplo, o separador de barramento de CC 266 inclui os comutadores controláveis 270 e 272 e os pares de diodos indutores 274, 276 em sua barra positiva 258 e a barra negativa 262, respectivamente. De modo similar, o separador de barramento de CC 268 inclui os comutadores controláveis 278 e 280 e os pares de diodos indutores 282, 284 em sua barra positiva 258 e a barra negativa 262, respectivamente. Os separadores de barramento de CC 266 e 268 operam de modo similar ao separador de barramento de CC 206 da Figura 2. O separador de barramento de CC 266 protege a subseção de barramento de CC 252 no caso de uma falha na subseção de barramento de CC 254 e o separador de barramento de CC 268 protege a subseção de barramento de CC 254 no caso de uma falha na subseção de barramento de CC 252.

[027] Como um exemplo para o caso em que a potência de CC está fluindo da subseção de barramento de CC 254 para a subseção de barramento de CC 252, durante a operação normal, todos os comutadores controláveis 270, 272, 278 e 280 estão conduzindo e a corrente de CC flui dos indutores de pares de diodos indutores 282 e 284, dos comutadores controláveis 270, 272, 278, 280 e dos diodos de par de diodos indutores 274, 276. Quando existe uma falha 286 na barra positiva 258 de subseção de barramento de CC 252, a princípio o diodo do par de diodos indutores 282 se torna ainda mais inversamente polarizado e, então, uma vez que o comutador controlável 278 é desligado, o diodo do par de diodos indutores 282 se torna diretamente polarizado e fornece um caminho de roda livre para a corrente de indutor do indutor do par de diodos indutores 282. Eventualmente, a corrente de indutor se extingue e o separador de barramento de CC 268 isola a barra positiva 258 de subseção de barramento de CC 254 perfeita da barra positiva 258 de subseção de barramento de CC 252 defeituosa.

[028] Uma das vantagens do presente sistema é a alta disponibilidade do sistema por meio de uma estrutura de conversão mais tolerante à falha com base em uma divisão da ligação de CC de conversores de potência. O sistema fornece uma disposição simples sem varistores para o isolamento entre duas subseções do barramento de CC comum de CC.

[029] Enquanto apenas certos recursos da invenção foram ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e alterações irão ocorrer àqueles versados na técnica. Portanto, deve ser entendido que as reivindicações anexas destinam-se a abranger todas tais modificações e alterações que estão dentro do espírito verdadeiro da invenção.

Reivindicações

Claims (15)

1. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA, caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de fontes de energia que fornece potência para uma pluralidade de cargas; um barramento de corrente contínua comum (CC) que tem pelo menos uma barra positiva, sendo que o barramento de CC comum é acoplado entre a pluralidade de fontes de energia e a pluralidade de cargas, em que o barramento de CC comum compreende: pelo menos duas subseções de barramento de CC com capacidade de transferência de potência de CC entre as mesmas; pelo menos um separador de barramento de CC acoplado entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC, em que o separador de barramento de CC compreende: pelo menos um comutador controlável de barra positiva com pelo menos um de seus terminais acoplado a pelo menos um terminal de um indutor de barra positiva para fornecer um caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC durante a operação normal por meio do indutor de barra positiva, em que o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é controlado para ser desligado para interromper o caminho de corrente quando é detectada uma falha na barra positiva; pelo menos um diodo de barra positiva conectado em paralelo ao pelo menos um indutor de barra positiva e disposto para fornecer um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no pelo menos um indutor de barra positiva quando o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é desligado.

2. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de cargas inclui equipamento marinho ou submarino.

3. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de fontes de energia inclui geradores, dispositivos de armazenamento de energia, grade de potência ou combinações dos mesmos.

4. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador controlável de barra positiva compreende um dispositivo de comutação com base em uma tecnologia de semicondutores.

5. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que dispositivo de comutação inclui um transistor bipolar de porta isolada (IGBT), um transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico (MOSFET), um transistor de efeito de campo (FET), um tiristor de desligamento pela porta, um tiristor comutado de porta isolada (IGCT), um transistor de porta de injeção aprimorada (IEGT), um comutador baseado em carbeto de silício, um comutador baseado em nitreto de gálio, um comutador baseado em arsenieto de gálio ou equivalentes dos mesmos.

6. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o comutador controlável de barra positiva compreende uma pluralidade de dispositivos de comutação conectados em série ou em paralelo ou combinações dos mesmos.

7. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o barramento de CC comum inclui uma barra negativa ou uma barra de aterramento ou combinações das mesmas.

8. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o separador de barramento de CC inclui, adicionalmente, um comutador controlável de barra negativa que tem pelo menos um de seus terminais acoplado a pelo menos um terminal de um indutor de barra negativa para fornecer o caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC durante a operação normal por meio do indutor de barra negativa, em que o comutador controlável de barra negativa é controlado para ser desligado para interromper o caminho de corrente quando é detectada uma falha na barra negativa.

9. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o separador de barramento de CC inclui, adicionalmente, um diodo de barra negativa conectado em paralelo ao indutor de barra negativa e disposto para fornecer um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no indutor de barra negativa quando o comutador controlável de barra negativa é desligado.

10. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma pluralidade de capacitores de CC é conectada entre as barras positiva e negativa ou entre a barra de aterramento e a barra positiva ou entre a barra de aterramento e a barra negativa do barramento de CC.

11. SISTEMA DE POTÊNCIA DE CC, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de cargas é conectada entre a barra positiva e a barra negativa ou entre a barra positiva e a barra de aterramento ou entre a barra negativa e a barra de aterramento.

12. MÉTODO PARA O SUPRIMENTO DE POTÊNCIA DE CORRENTE CONTÍNUA (CC), caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer uma pluralidade de fontes de energia para suprir potência de CC para uma pluralidade de cargas; acoplar a pluralidade de fontes de energia e a pluralidade de cargas através de um barramento de CC comum que tem pelo menos uma barra positiva, em que o acoplamento compreende: fornecer pelo menos duas subseções de barramento de CC com capacidade de transferência de potência de CC entre as mesmas; acoplar pelo menos um separador de barramento de CC entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC, em que o acoplamento do pelo menos um separador de barramento de CC compreende: acoplar pelo menos um terminal de uma barra positiva a pelo menos um terminal de um indutor de barra positiva para fornecer um caminho de corrente entre as pelo menos duas subseções de barramento de CC durante a operação normal por meio do indutor de barra positiva; controlar o pelo menos um comutador controlável de barra positiva para ser desligado para interromper o caminho de corrente quando é detectada uma falha na barra positiva; conectar pelo menos um diodo de barra positiva em paralelo ao pelo menos um indutor de barra positiva e disposto para fornecer um caminho de corrente circulante para dissipar uma corrente de indutor no pelo menos um indutor de barra positiva quando o pelo menos um comutador controlável de barra positiva é desligado.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende, adicionalmente, fornecer uma barra negativa ou uma barra de aterramento, ou ambas, no barramento de CC comum.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende conectar uma pluralidade de capacitores de CC entre as barras positiva e negativa ou entre a barra de aterramento e a barra positiva ou entre a barra de aterramento e a barra negativa do barramento de CC.

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende conectar a pluralidade de cargas entre a barra positiva e a barra negativa ou entre a barra positiva e a barra de aterramento ou entre a barra negativa e a barra de aterramento.