BR112013006598B1 - sistema de distribuição de energia elétrica, método para a operação de um sistema de distribuição de energia elétrica e uso de um conjunto de comutação de energia - Google Patents

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Abstract

CONJUNTO DE INTERRUPTORES DE ENERGIA A presente invenção refere-se a um conjunto de interruptores de energia (108) para comutar a energia em um barramento de distribuição de energia (102), e um sistema de distribuição de energia (100) que compreende tal conjunto de interruptores de energia (108), o conjunto de interruptores de energia (108) compreendendo um primeiro terminal (110), um segundo terminal (112), um primeiro elemento semicondutor 9114) e um segundo elemento semicondutor 9116) eletricamente acoplados entre o primeiro terminal (110) e o segundo terminal (112) de modo a prover contabilidade de um fluxo de corrente a partir do primeiro terminal (110) até o segundo terminal (112) e a partir do segundo terminal (112) até o primeiro terminal (110). Um controlador (126) para controlar os elementos semicondutores (114, 116) pode ser configurado para implantar um ou mais dentre os vários esquemas de controle tais como um disjuntor, um limitador de corrente, um balanceador de carga e um dispositivo de pré-carga.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001]A presente invenção refere-se ao campo dos sistemas de distribuição de energia.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA
[002]Como se sabe a partir de prática, um barramento de distri buição de energia de um sistema de distribuição de energia pode ser dividido em várias seções de barramento por questões de confiabilidade. As seções de barramento podem estar conectadas com uma ligação removível de barramento.
[003]Em vista da situação descrita acima, existe a necessidade de uma técnica aprimorada que possibilite a provisão e um barramento de distribuição de energia com características melhoradas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[004]Esta necessidade pode ser suprida pelo assunto em ques tão de acordo com a invenção. As modalidades vantajosas do assunto em questão descrito aqui são descritas pelas concretizações.
[005]De acordo com um primeiro aspecto do assunto em ques tão descrito aqui, é fornecido um conjunto de comutação de energia para comutar a energia em um barramento de distribuição de energia, o conjunto de comutação de energia compreendendo um primeiro terminal; um segundo terminal; e um primeiro elemento semicondutor e um segundo elemento semicondutor eletricamente acoplado entre o primeiro terminal e o segundo terminal de modo a prover controlabili- dade de um fluxo de corrente a partir do primeiro terminal até o segundo terminal e a partir do segundo terminal até o primeiro terminal.
[006]Provendo-se controlabilidade de fluxo de corrente entre o primeiro terminal e o segundo terminal, as características da barra de distribuição de energia podem ser melhoradas. As modalidades do primeiro aspecto fornecem numerosas vantagens conforme notado abaixo.
[007]Deve ser compreendido que de acordo com as modalida des do assunto em questão descrito aqui, mais do que dois elementos semicondutores podem ser fornecidos. Em uma modalidade, pelo menos dois dos elementos semicondutores são transistores ou tiristores. Por exemplo, em uma modalidade, o conjunto de comutação de energia inclui dois elementos semicondutores na forma de um transistor bipolar com porta isolada (IGBT). De acordo comoutras modalidades, outros tipos de transistores são usados.De acordo com uma modalidade, os transistores estão acoplados em paralelo.De acordo com outra modalidade, os transistores estão acoplados em série. Em particular, no último caso, outros elementos semicondutores, por exemplo, elementos semicondutores passivos tais como diodos são fornecidos de modo a prover a controlabilidade do fluxo de corrente entre os terminais em ambas as direções.
[008]De acordo com uma modalidade, o conjunto de comutação de energia ainda compreende um sensor de corrente para a detecção da corrente que flui entre o primeiro terminal e o segundo terminal e a provisão de um sinal de corrente em resposta ao mesmo; e um controlador estando configurado para o recebimento do sinal de corrente e o controle em resposta ao mesmo o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor.
[009]O conjunto de comutação de energia que é controlado pela corrente que flui através do conjunto de comutação de energia fornece várias vantagens. Em uma modalidade, o controlador está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemen- to semicondutor em resposta ao sinal de corrente de modo a desconectar eletricamente o primeiro terminal e o segundo terminal sob condições predeterminadas do sinal de corrente. Por exemplo, de acordo com uma modalidade, o controlador está configurado para controlar os elementos semicondutores de modo a desconectar o primeiro terminal e o segundo terminal se a magnitude da corrente exceder o limite de magnitude de corrente. Em tal modalidade, o conjunto de comutação de energia forma um disjuntor. Além disso, enquanto em uma modalidade o controlador define o limite de magnitude de corrente, em outras modalidades o controlador define o limite de duração de corrente. Em uma modalidade, o limite de duração de corrente depende da magnitude atual da corrente.Por exemplo, em uma modalidade, o controlador está configurado para desconectar o primeiro terminal e o segundo terminal se a magnitude da corrente estiver dentro de um intervalo de magnitude de corrente por um tempo que excede um primeiro limite de duração. De acordo com outras modalidades, dois ou mais de tais in-tervalos de magnitude de corrente e limites de duração associados são definidos no controlador.
[0010]Enquanto acima do conjunto de comutação de energia são fornecidos dois estados, primeiro e segundo terminais conectados e primeiro e segundo terminais desconectados, sem estado intermediário, em outras modalidades o conjunto de comutação de energia fornece estados intermediários entre os extremos "conectados" e "desco- nectado".
[0011]Por exemplo, de acordo com outra modalidade, o controla dor está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor em resposta ao sinal de corrente de modo a controlar a magnitude da corrente que flui entre o primeiro terminal e o segundo terminal em resposta ao sinal de corrente. Consequentemente, nesta modalidade, o conjunto de comutação de energia fornece pelo menos um estado intermediário no qual o fluxo de corrente entre o primeiro terminal e o segundo terminal é alterado de maneira controlável pelo conjunto de controle.
[0012]Em uma modalidade, o conjunto de comutação de energia é operável como um limitador de corrente. Por exemplo, em uma modalidade, o controlador está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor em resposta ao sinal de corrente de modo a limitar a corrente que flui entre o primeiro terminal e o segundo terminal em relação a um limite predeterminado de corrente.
[0013]Uma aplicação da limitação de corrente pelo conjunto de comutação de energia pode ser o gerenciamento de uma seção de barramento com defeito do barramento de distribuição de energia. Por exemplo, em uma modalidade, o controlador é configurado limitando- se a corrente que flui para dentro da seção de barramento. Tal caso pode surgir se um consumidor conectado à respectiva seção de bar- ramento e consequentemente, ao terminal conectado à mesma extrair corrente demais devido a uma falha. Se a corrente extraída pela respectiva seção de barramento estiver dentro de um intervalo predeterminado por um tempo predeterminado, indicando tal falha, o controlador é configurado para desconectar a respectiva seção de barramento, em uma modalidade.
[0014]Outra aplicação de limitação de corrente é a operação de controle do conjunto de comutação de energia durante a energização da seção de barramento ao qual uma pluralidade de dispositivos com altas capacitâncias de entrada (tais como inversores) está conectada. As capacitâncias de entrada levam a uma alta corrente de partida durante a energização da seção de barramento e tendo sido definido na mesma um limite de corrente, o conjunto de comutação de energia atua como um limitador de corrente. Por exemplo, em uma modalida- de, o conjunto de controle está configurado para operar os dispositivos semicondutores de modo a cortar a energia fornecida ao respectivo terminal, operando desse modo o conjunto de comutação de energia como um cutelo.
[0015]De acordo com outra modalidade, o conjunto de comutação de energia ainda compreende uma entrada de controle para o recebimento de um sinal de controle externo; no qual o controlador está configurado para controlar, em resposta ao sinal de controle externo, o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor. O sinal de controle externo pode ser fornecido por outro conjunto de controle (por exemplo, um conjunto de controle de nível mais alto). Por exemplo, em uma modalidade, o sinal externo é um sinal de equilíbrio de carga fornecido por um conjunto de controle (por exemplo, um controlador de carga) que equilibra a carga dos geradores eletricamente acoplados ao conjunto de comutação de energia.
[0016]De acordo com um segundo aspecto do assunto em ques tão descrito aqui, um sistema de distribuição de energia é fornecido, o sistema de distribuição de energia que compreende: um barramento de distribuição de energia que possui uma primeira seção de barra- mento e uma segunda seção de barramento, no qual a cada seção de barramento pelo menos um consumidor elétrico está eletricamente acoplável; um conjunto de comutação de energia de acordo com o primeiro aspecto ou uma modalidade do mesmo, o conjunto de comutação de energia que possui o seu primeiro terminal eletricamente acoplado à primeira seção de barramento e que tem o seu segundo terminal eletricamente acoplado à segunda seção de barramento.
[0017]Por exemplo, de acordo com uma modalidade, o sistema de distribuição de energia compreende: um primeiro gerador para a provisão de energia elétrica para a primeira seção de barramento; um segundo gerador para a provisão de energia elétrica para a segunda se- ção de barramento; um controlador de carga, o controlador de carga estando configurado para a provisão do sinal de controle externo para a entrada de controle do conjunto de comutação de energia de modo a controlar a magnitude da corrente que flui entre o primeiro terminal e o segundo terminal e alterar uma distribuição de carga dentre o primeiro gerador e o segundo gerador.
[0018]De acordo com outra modalidade, o barramento de distri buição de energia é um barramento de distribuição de energia CC que recebe e distribui energia CC.
[0019]De acordo com um terceiro aspecto do assunto em questão descrito aqui, um método para a operação de um sistema de distribuição de energia que possui um barramento de distribuição de energia com uma primeira seção de barramento e uma segunda seção de bar- ramento é fornecido, o método compreendendo: controlar um fluxo de corrente a partir da primeira seção de barramento até a segunda seção de barramento e a partir da segunda seção de barramento até a primeira seção de barramento.
[0020]De acordo com uma modalidade, o método compreende a detecção da corrente que flui entre a primeira seção de barramento e a segunda seção de barramento; e o controle em resposta ao mesmo de um primeiro elemento semicondutor e de um segundo elemento semicondutor eletricamente acoplado entre a primeira seção de barramento e a segunda seção de barramento de modo a controlar a corrente que flui entre a primeira seção de barramento e a segunda seção de bar- ramento.
[0021]Em outra modalidade, o método compreende controlar o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor em resposta à corrente detectada de modo a desconectar eletricamente o primeiro terminal e o segundo terminal sob condições predeterminadas do sinal de corrente. Por exemplo, de acordo com uma modali- dade, o método compreende controlar os elementos semicondutores de modo a desconectar o primeiro terminal e o segundo terminal se a magnitude da corrente exceder o limite de magnitude de corrente. Em outra modalidade, o método compreende controlar os elementos semicondutores de modo a desconectar o primeiro terminal e o segundo terminal se a duração, na qual a corrente permanece acima da magnitude da corrente, exceder o limite de duração de corrente. Em uma modalidade, o limite de duração de corrente depende da magnitude atual da corrente.Por exemplo, em uma modalidade, o primeiro terminal e o segundo terminal são desconectados se a magnitude da corrente estiver dentro de um intervalo de magnitude de corrente por um tempo que excede um primeiro limite de duração.
[0022]Em outras modalidades, a energia da corrente entre a pri meira seção de barramento e a segunda seção de barramento é controlada para assumir um nível intermediário entre zero e um nível máximo.
[0023]Por exemplo, de acordo com outra modalidade, o método compreende controlar o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor de modo a controlar a magnitude da corrente que flui entre o primeiro terminal e o segundo terminal em resposta à corrente detectada que flui entre a primeira seção de barramento e a segunda seção de barramento. Por exemplo, em uma modalidade, a magnitude da corrente é alterada de maneira controlável dependendo da corrente detectada.
[0024]Em uma modalidade, a corrente é controlada de modo a ser limitada à magnitude abaixo do limite de magnitude de corrente.
[0025]Por exemplo, em uma modalidade, a magnitude da corrente que flui dentro de uma dentre a primeira seção de barramento e a segunda seção de barramento é limitada dependendo da corrente detectada. Por exemplo, se um consumidor conectado à respectiva seção de barramento extrair corrente demais devido a uma falha, isso não resultará em dano à magnitude da corrente. Em outra modalidade, se a corrente extraída pela respectiva seção de barramento estiver dentro de um intervalo predeterminado por um tempo predeterminado, indicando tal falha, a respectiva seção de barramento é desconectada.
[0026]De acordo com outra modalidade, a energia fornecida à respectiva seção de barramento é cortada de modo a limitar a corrente que flui para a seção de barramento.
[0027]De acordo com outra modalidade, o método ainda compre ende equilibrar a carga de um primeiro gerador eletricamente acoplado à primeira seção de barramento e a carga do segundo gerador eletricamente acoplado à segunda seção de barramento.
[0028]Aindade acordo com outras modalidades do terceiro as pecto, as funções conforme descrito em relação ao primeiro aspecto são executadas. Essas funções podem ser executadas de qualquer modo adequado. Consequentemente, as características do dispositivo especificado em relação ao primeiro aspecto não são limitantes quanto à definição das modalidades do método do terceiro aspecto. Apenas as funções descritas limitam as respectivas modalidades do terceiro aspecto. No entanto, de acordo com uma modalidade, essas funções são executadas com a configuração do sistema de distribuição de energia conforme descrito em relação ao segundo aspecto. De acordo com outras modalidades, essas funções são executadas com a configuração do conjunto de comutação de energia conforme descrito em relação ao primeiro aspecto.
[0029]De acordo com um quarto aspecto do assunto em questão descrito aqui, um programa de computador para controlar um objeto físico, ou seja, um conjunto de comutação de energia em um barra- mento de distribuição de energia, é fornecido, o programa de computador estando configurado para realizar o método de acordo com o ter- ceiro aspecto ou uma modalidade do mesmo quando for executado por um conjunto de processadores.
[0030]De acordo com uma modalidade, o programa de computa dor também influencia a operação do(s) gerador(es) em relação à frequência e tensão. Por exemplo, em outra modalidade, o programa de computador está configurado para influenciar a operação do gerador de modo a obter a operação e o fluxo de carga ideais de todo o sistema, incluindo o início e a parada dos geradores dependentes do modo de operação. Por exemplo, em ambas as modalidades valores definidos são fornecidos a um controlador de gerador.
[0031]De acordo com um quinto aspecto do assunto em questão descrito aqui, é fornecido o uso de um conjunto de comutação de energia como um acoplador com duas seções de barramento de um barramento de distribuição de energia, no qual o barramento de comutação de energia está configurado de acordo com o primeiro aspecto ou uma modalidade do mesmo.
[0032]De acordo com uma modalidade do assunto em questão descrito aqui, o sistema de distribuição de energia é um sistema submarino de distribuição de energia elétrica. De acordo com uma modalidade do assunto em questão descrito aqui, o sistema de distribuição de energia é um sistema submarino de distribuição de energia elétrica com corrente contínua (CC).
[0033]De acordo com uma modalidade, o sistema submarino de distribuição de energia elétrica é uma rede submarina de eletricidade para o suprimento de energia elétrica para uma pluralidade de consumidores elétricos. Por exemplo, em uma modalidade, o sistema submarino de distribuição de energia elétrica é uma rede submarina de energia elétrica.
[0034]De acordo com uma modalidade, o sistema submarino de distribuição de energia elétrica está configurado para conexão a um sistema a bordo de um navio ou a bordo de uma plataforma petrolífera. Tais sistemas podem incluir um sistema propulsão e/ou um sistema de perfuração.Outros tipos de sistemas de suprimento de energia divididos em seções também devem ser incluídos.Para instalações exceto aplicações submarinas, a refrigeração de líquido ou de ar é a solução mais provável.
[0035]De acordo com outra modalidade, a tensão da energia CC fornecida ao barramento de distribuição de energia está em uma faixa entre 500 volts e 5 kilovolts, por exemplo, entre 700 volts e 2 kilovolts, por exemplo, 1 kilovolt.
[0036]De acordo com outra modalidade, um ou mais elementos do sistema de distribuição de energia (referidos aqui posteriormente como elementos do sistema) estão configurados para instalação no fundo do mar. Por exemplo, nas respectivas modalidades, o elemento do sistema é capaz de operar em uma profundidade de água abaixo de um nível superior predefinido, por exemplo, 100 metros (m), 800 metros, 2000 metros ou 3000 metros com cada nível superior correspondendo a uma respectiva modalidade do assunto em questão descrito aqui. De acordo com outras modalidades respectivas, o elemento do sistema é capaz de operar sob uma pressão que corresponde à profundidade especificada, na qual em uma modalidade, a pressão é uma pressão gerada pela água do mar da profundidade especificada e em outra modalidade, a pressão é uma pressão gerada pela água doce da profundidade especificada. De acordo com outras modalidades respectivas, o elemento do sistema é capaz de operar até o menor nível predefinido de profundidade de água, por exemplo, 200 metros (m), 1000 metros, 3000 metros ou 4000 metros com cada nível inferior correspondendo a uma modalidade respectiva do assunto em questão descrito aqui, levando às respectivas pressões que dependem da densidade da água, por exemplo, da temperatura e do tipo de água (água do mar ou água doce).
[0037]Nas modalidades mencionadas acima e geralmente em to da a descrição, "acoplamento/desacoplamento elétrico" não significa necessariamente uma conexão direta das partes acopladas, nem significa necessariamente uma conexão elétrica (galvânica). Particularmente, as partes eletricamente acopladas podem estar galvanicamen- te separadas em uma modalidade. Em tal modalidade, o acoplamento elétrico fornece, no entanto, transferência de energia elétrica entre as partes eletricamente acopladas. De acordo com outra modalidade, o desacoplamento elétrico impede a transferência de energia elétrica entre as partes eletricamente acopladas. Além disso, qualquer elemento intermediário pode estar localizado entre as partes eletricamente acopladas.
[0038]De acordo com uma modalidade, um ou mais elementos do sistema, por exemplo, qualquer elemento semicondutor, está instalado em um recipiente cheio de óleo. Por exemplo, de acordo com outra modalidade, o conjunto de comutação de energia está instalado em um recipiente cheio de óleo.
[0039]Conforme usada aqui, a referência a um programa de com putador pretende ser equivalente à referência a um elemento do programa e/ou um meio legível por computador que contenha instruções para controlar um sistema computadorizado e para coordenar o desempenho do método descrito acima.
[0040]O programa de computador pode ser implementado como um código com instrução legível por computador usando-se qualquer linguagem adequada de programação, tal como, por exemplo, JAVA, C++, e pode ser armazenado em um meio legível por computador (disco removível, memória volátil ou memória não volátil, memória /processador embutido, etc.). O código com instrução é operável para programar um computador ou qualquer outro dispositivo programável para executar as funções pretendidas. O programa de computador pode estar disponível a partir de uma rede, tal como a World Wide Web, a partir da qual ele pode ser baixado.
[0041]As modalidades do assunto em questão descrito aqui po dem ser executadas por meio de um programa de computador, res-pectivamente um software. No entanto, as modalidades do assunto em questão descrito aqui também podem ser executadas por meio de um ou mais circuitos eletrônicos específicos, respectivamente hardware. Além disso, as modalidades do assunto em questão descrito aqui também podem ser executadas de uma forma híbrida, ou seja, em uma combinação de módulos com software e módulos com hardware.
[0042]Modalidades exemplares foram descritas acima e serão descritas a seguir em relação ao assunto em questão descrito aqui e com referência a um conjunto de comutação de energia, um sistema de distribuição de energia e um método para a operação de um sistema de distribuição de energia. Lembrando que qualquer combinação das características referentes aos diferentes aspectos do assunto em questão descrito aqui também é possível. Em particular, algumas modalidades foram descritas com referência às concretizações de um tipo de aparelho enquanto outras modalidades foram descritas com referência às concretizações de um tipo de método. No entanto, uma pessoa versada na técnica irá compreender a partir da descrição acima e a seguir que, a menos que afirmado de outro modo, em adição a qualquer combinação de características pertencentes a um aspecto, qualquer combinação entre as características referentes aos diferentes aspectos ou modalidades, por exemplo, até mesmo entre as características das concretizações de um tipo de aparelho e as características das concretizações de um tipo de método é considerada como sendo descrita com esta aplicação. Por exemplo, um controlador de um conjunto de comutação de energia pode ter implantado a uma ou mais das modalidades descritas aqui.
[0043]Os aspectos e as modalidades definidos acima e outros as pectos e modalidades da presente invenção se tornam aparentes a partir dos exemplos a serem descritos aqui mais adiante e que são explicados com referência aos desenhos, aos quais, no entanto, a invenção não está limitada.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0044]A figura 1 mostra em parte um sistema de distribuição de energia elétrica de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui.
[0045]A figura 2 mostra em parte outro sistema de distribuição de energia elétrica de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui.
[0046]A figura 3 mostra um conjunto de comutação de energia de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0047]A ilustração nos desenhos é esquemática. Nota-se que em diferentes figuras, elementos similares ou idênticos estão munidos dos mesmos números de referência ou de números de referência que são diferentes dos números de referência correspondentes apenas no primeiro dígito.
[0048]A figura 1 mostra um sistema de distribuição de energia 100 que compreende um barramento de distribuição de energia CC 102 que possui uma primeira seção de barramento 104 e uma segunda seção de barramento 106. O barramento de distribuição de energia CC 102 é operado com energia de corrente contínua (CC). O sistema 100 ainda compreende um conjunto de comutação de energia 108 que possui um primeiro terminal 110 e um segundo terminal 112. De acordo com uma modalidade, o primeiro terminal 110 está eletricamente acoplado à primeira seção de barramento 104 e o segundo terminal 112 está eletricamente acoplado à segunda seção de barramento 106.
[0049]O conjunto de comutação de energia 108 compreende um primeiro elemento semicondutor 114 e um segundo elemento semicondutor 116 eletricamente acoplado entre o primeiro terminal 110 e o segundo terminal 112 de modo a prover controlabilidade de um fluxo de corrente a partir do primeiro terminal 110 até o segundo terminal 112 e a partir do segundo terminal 112 até o primeiro terminal 110. De acordo com uma modalidade, os elementos semicondutores 114, 116 são transistores bipolares com porta isolada, acoplados aos terminais 110, 112 de tal modo que o primeiro elemento semicondutor 114 conduza a corrente a partir do primeiro terminal 110 até o segundo terminal 112 e que o segundo elemento semicondutor 116 conduza a corrente a partir do segundo terminal 112 até o primeiro terminal 110. De modo a desviar o outro elemento semicondutor respectivo, diodos flyback 118, 120 visto que outros elementos semicondutores são fornecidos. Em particular, um primeiro diodo 118 está acoplado em paralelo ao primeiro elemento semicondutor 114 no qual a direção de condução do primeiro elemento semicondutor 114 é inversa à direção de condução do primeiro diodo associado 118. Do mesmo modo, um segundo diodo 120 está acoplado em paralelo ao segundo elemento semicondutor 116 no qual a direção de condução do segundo elemento semicondutor 116 é inversa à direção de condução do segundo diodo associado 120, conforme mostrado na figura 1. De acordo com uma modalidade, os primeiro e segundo elementos semicondutores 114, 116 estão acoplados em série entre o primeiro terminal 110 e o segundo terminal 112.
[0050]De acordo com uma modalidade, o conjunto de comutação de energia 108 ainda compreende um sensor de corrente 122 acoplado em série aos primeiro e segundo elementos semicondutores 114, 116 (transistores). O sensor de corrente 122 está configurado para a detecção da corrente que flui entre o primeiro terminal 110 e o segundo terminal 112 e a provisão de um sinal de corrente 124 em resposta ao mesmo. Além disso, o conjunto de comutação de energia 108 compreende um controlador 126 que está configurado para o recebimento do sinal de corrente 124 e o controle em resposta ao mesmo do primeiro elemento semicondutor 114 e do segundo elemento semicondutor 116, por exemplo, por meio da provisão de um primeiro sinal de tensão respectiva 128 para o primeiro elemento semicondutor 114 e um segundo sinal de tensão 130 para o segundo elemento semicondutor 116.
[0051]O controlador 126 pode ser configurado de acordo com qualquer modalidade descrita aqui. Por exemplo, em uma modalidade, o controlador 126 está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor 114 e o segundo elemento semicondutor 116 de modo a conectar e a desconectar a seção de barramento 104, 106 uma à outra dependendo do sinal de corrente 124. Em tal modalidade, o conjunto de comutação de energia 108 forma um disjuntor. O disjuntor de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui tem a vantagem de ser capaz de gerenciar o nível de energia, tipicamente 1000 volts (V), que ocorre no barramento de distribuição de energia 102.
[0052]De acordo com outra modalidade, o controlador 126 está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor 114 e o segundo elemento semicondutor 116 de modo a limitar a corrente que flui através do dispositivo de comutação de energia 108. Para este fim, o sensor de corrente 122 é configurado e posicionado de modo a prover um sinal de corrente 124 que é indicativo de toda a corrente que flui através do elemento de comutação de energia 108. Vários esquemas de controle podem ser implantados no controlador 126, por exemplo, esquemas de controle que empreguem a limitação da cor- rente que flui através do conjunto de comutação de energia 108.
[0053]Por exemplo, no caso de falha em uma seção de barramen- to 104, 106 do barramento, a corrente detectada que flui a partir de uma seção de barramento (por exemplo, 104) para outra (por exemplo, 106) será monitorada e limitada pela operação dos semicondutores. No caso de a corrente flui por um tempo mais longo que um limite determinado, o elemento de comutação de energia 108 se abrirá e des- conectará a seção de barramento com defeito, em virtude da respectiva operação do controlador 126. Um limite de corrente pode ser determinado de acordo com o atual modo de operação de maneira que não ocorra nenhum distúrbio da seção de barramento remanescente.
[0054]De acordo com uma modalidade, o sistema de distribuição de energia elétrica 100 ainda compreende um afogador 132 ou uma indutância acoplada em série com o sensor de corrente 122 ou, em outra modalidade, em série com os elementos semicondutores controláveis 114, 116. O afogador 132 serve para reduzir os picos de corrente e consequentemente provê uma operação confiável do sensor de corrente 122.
[0055]De acordo com outra modalidade, o conjunto de comutação de energia 108 compreende um fuso 134 o qual está acoplado em série com os elementos semicondutores 114, 116 e serve para proteger os elementos semicondutores 114, 116, por exemplo, em caso de um mau funcionamento do conjunto de controle 126.
[0056]De acordo com outra modalidade, o sistema de distribuição de energia elétrica 100 inclui um primeiro desconector 136 que está eletricamente conectado entre a primeira seção de barramento 104 e o primeiro terminal 110 do conjunto de comutação de energia 108 e um segundo desconector 138 que está eletricamente conectado entre a segunda seção de barramento 106 e o segundo terminal 112 do conjunto de comutação de energia 108. Os desconectores 136, 138 estão fechados em operação normal, provendo desse modo uma conexão elétrica entre as respectivas seções de barramento e os terminais. Por questões de manutenção, os desconectores 136, 138 podem ser abertos desconectando desse modo o sistema de comutação de energia 108 do barramento de distribuição de energia 102.
[0057]Deve ser notado que aqui os elementos que estão geral mente associados a uma determinada parte nas modalidades exemplares (descritas) também podem ser associados com outra parte em outras modalidades. Por exemplo, em uma modalidade, os desconec- tores 136, 138 estão associados com o conjunto de comutação de energia 108 (não mostrado na figura 1).
[0058]A figura 2 mostra em parte outro sistema de distribuição de energia elétrica 200 de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui.
[0059]A estrutura do conjunto de comutação de energia 208 na figura 2 é similar à estrutura do conjunto de comutação de energia 108 a qual é mostrada em detalhes na figura 1 e a descrição da mesma não é repetida aqui. No entanto, o controlador 226 do conjunto de comutação de energia 208 na figura 2 é configurado diferente quando comparado com o controlador 126 da figura 1.
[0060]De acordo com uma modalidade do conjunto de comutação de energia 208, o controlador implanta um dispositivo de pré-carga: em um sistema de distribuição de CC 200 onde uma variedade de inversores 240 está conectada ao barramento de distribuição de energia 202, todos os capacitores CC (não mostrados na figura 2) dos inversores estão conectados ao barramento CC 202. Além disso, mostrados na figura 2 são os consumidores elétricos, indicados em 242. O acoplamento elétrico dos elementos individuais pode ser executado de qualquer modo adequado, por exemplo, através de fios ou cabos elétricos. Isto é indicado de forma exemplar em 244 na figura 2. Durante a energização do barramento 202, a corrente deve ser limitada. O conjunto de comutação de energia 208 pode, nesta situação, ser operado como um cutelo, em virtude do controlador respectivamente configurado 226, limitando a corrente a um nível selecionado e garantindo a limitação efetiva da corrente de partida.
[0061]De acordo com uma modalidade do controlador de acordo com o assunto em questão aqui descrito, também implantado no controlador 226 do conjunto de comutação de energia 208 na figura 1, o conjunto de comutação de energia 208 está configurado para implantar um balanceador de carga. Para este fim e de acordo com outra modalidade, o conjunto de comutação de energia 208 ainda compreende pelo menos uma entrada de controle 246 para o recebimento de um sinal de controle externo 248. Em uma modalidade, o sinal de controle externo 248 é recebido a partir de um sistema de controle de tensão 250 que também fornece sinais de controle 251 aos geradores 252, 253 alimentando as seções de barramento 204, 206 através de retificadores 254. O controlador 226 está configurado para controlar, em resposta ao sinal de controle externo 248, o primeiro elemento semicondutor e o segundo elemento semicondutor (não mostrado na figura 2) do conjunto de comutação de energia 208.
[0062]Em resposta aos sinais externos de controle 248 recebidos a partir do sistema de controle de tensão 250, o conjunto de comutação de energia opera como um balanceador de carga limitando a corrente que flui, por exemplo, a partir de um primeiro gerador eletricamente acoplado à primeira seção de barramento 204 através da primeira seção de barramento 202 e através do conjunto de comutação de energia 208 dentro da segunda seção de barramento 206, garantindo desse modo uma operação aprimorada dos geradores e ao mesmo tempo mantendo a confiabilidade das duas seções independentes de barramento 204, 206 em caso de falha.
[0063]A figura 3 mostra em parte um conjunto de comutação de energia 308 de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui.
[0064]De acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui, o conjunto de comutação de energia 308 compreende um primeiro terminal 310, um segundo terminal 312 e um primeiro elemento semicondutor 314 e um segundo elemento semicondutor 316. O primeiro elemento semicondutor 314 e o segundo elemento semicondutor 316 estão eletricamente acoplados em paralelo entre o primeiro terminal 310 e o segundo terminal 312 de modo a prover con- trolabilidade de um fluxo de corrente a partir do primeiro terminal 310 até o segundo terminal 312 e a partir do segundo terminal 312 até o primeiro terminal 310.
[0065]De acordo com uma modalidade mostrada na figura 3, os primeiro e segundo elementos semicondutores são IGBT's. Em outras modalidades, os elementos semicondutores podem ser, por exemplo, tiristores.
[0066]Deve ser notado que as modalidades descritas acima po dem ser variadas e ao mesmo tempo permanecerem de acordo com as concretizações em anexo. Por exemplo, nas respectivas modalidades, o afogador 132 e/ou o fuso 134 e/ou os desconectores 136, 138 podem ser omitidos. De acordo com uma modalidade, a energia CC é uma energia bipolar. De acordo com outra modalidade, a energia CC não é uma energia bipolar CC, mas sim uma energia CC multipolar que possui mais do que dois polos.
[0067]Além disso, o número específico e a organização dos retifi- cadores, inversores, consumidores elétricos e controladores não excluem outros números e organizações de tais partes. Por exemplo, o controlador do conjunto de comutação de energia pode estar localizado nas proximidades dos elementos semicondutores ou pode ser loca- lizado em posição remota em relação ao elemento semicondutor. Além disso, também deve ser notado que um sistema submarino de distribuição de energia elétrica ou um sistema com base em terra de distribuição de energia elétrica de acordo com as modalidades do assunto em questão descrito aqui não está limitado a incluir as partes dedicadas descritas em algumas modalidades acima. Além disso, o assunto em questão aqui descrito pode ser implementado de várias maneiras e em várias localizações em um sistema submarino de distribuição de energia elétrica ou em um sistema com base em terra de distribuição de energia elétrica e ao mesmo tempo prover a funcionalidade desejada.
[0068]Deve ser notado que o termo "que compreende" não exclui outros elementos ou etapas e o "um" ou "uma" não exclui uma pluralidade. Além disso, os elementos descritos em conjunto com diferentes modalidades podem ser combinados. Também deve ser notado que os números de referência nas reivindicações não devem ser considerados como limitadores do escopo das concretizações.
[0069]De modo a recapitular as modalidades da presente inven ção, descritas acima pode ser afirmado que:
[0070]Um conjunto de comutação de energia para comutar a energia em um barramento de distribuição de energia e um sistema de distribuição de energia que compreende tal conjunto de comutação de energia são descritos, o conjunto de comutação de energia compreendendo um primeiro terminal, um segundo terminal, um primeiro elemento semicondutor e um segundo elemento semicondutor eletricamente acoplado entre o primeiro terminal e o segundo terminal de modo a prover controlabilidade de um fluxo de corrente a partir do primeiro terminal até o segundo terminal e a partir do segundo terminal até o primeiro terminal. Um controlador para controlar os elementos semicondutores pode ser configurado para implantar um ou mais dentre os vários esquemas de controle tais como um disjuntor, um limitador de corrente, um balanceador de carga e um dispositivo de pré-carga. Todos os módulos eletrônicos de energia podem ser instalados em um recipiente cheio de óleo e expostos à pressão ambiente do fundo do mar.

Claims (7)

1. Sistema de distribuição de energia elétrica (100, 200) compreendendo um conjunto de comutação de energia (108, 208, 308) para comutar energia em um barramento de distribuição de energia CC (102, 202), o conjunto de comutação de energia (108, 208, 308) caracterizado pelo fato de que compreende -um primeiro terminal (110, 310); -um segundo terminal (112, 312); -um primeiro elemento semicondutor (114, 314) e um segundo elemento semicondutor (116, 316) eletricamente acoplados entre o primeiro terminal (110, 310) e o segundo terminal (112, 312) de modo a prover controlabilidade de um fluxo de corrente a partir do primeiro terminal (110, 310) até o segundo terminal (112, 312) e a partir do segundo terminal (112, 312) até o primeiro terminal (110, 310), -um sensor de corrente (122) para a detecção de uma corrente que flui entre o primeiro terminal (110, 310) e o segundo terminal (112, 312) e a provisão de um sinal de corrente (124) em resposta ao mesmo; e -um controlador (126, 226) estando configurado para o re-cebimento do sinal de corrente (124) e o controle em resposta ao mesmo do primeiro elemento semicondutor (114, 314) e do segundo elemento semicondutor (116, 316), -uma indutância (132) acoplada em série com os elementos semicondutores controláveis (114, 116); -o primeiro terminal (110, 310) do conjunto de comutação de energia (108, 208, 308) estando eletricamente acoplado a uma primeira seção de barramento (104, 204) do barramento de distribuição de energia (102, 202) e o segundo terminal (112, 312) do conjunto de comutação de energia (108, 208, 308) estando eletricamente acoplado a uma segunda seção de barramento (106, 206) do barramento de dis- tribuição de energia (102, 202), sendo que a cada seção de barramen- to (104, 204, 106, 206) pelo menos um consumidor elétrico (242) pode ser eletricamente acoplado, -sendo que a tensão da energia CC fornecida ao barra- mento de distribuição de energia (102, 202) está em uma faixa entre 500 volts e 5 kilovolts; e sendo que o controlador (126) está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor (114, 314) e o segundo elemento semicondutor (116, 316) de modo a conectar e desconectar as seções de barramento (104, 106) uma à outra, dependendo do sinal de corrente (124).
2.Sistema de distribuição de energia (100, 200) de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador (126, 226) está configurado para controlar o primeiro elemento semicondutor (114, 314) e o segundo elemento semicondutor (116, 316) em resposta ao sinal de corrente (124) de modo a controlar a magnitude da corrente que flui entre o primeiro terminal (110, 310) e o segundo terminal (112, 312) em resposta ao sinal de corrente (124).
3.Sistema de distribuição de energia (100, 200) de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende -uma entrada de controle (246) para o recebimento de um sinal de controle externo (248); -sendo que o controlador (126, 226) está configurado para controlar, em resposta ao sinal de controle externo (248), o primeiro elemento semicondutor (114, 314) e o segundo elemento semicondutor (116, 316).
4.Sistema de distribuição de energia (100, 200) de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende -um primeiro gerador (252) para a provisão de energia elé- trica para a primeira seção de barramento (104, 204); -um segundo gerador (253) para a provisão de energia elétrica para a segunda seção de barramento (106, 206); -um controlador de carga (250), o controlador de carga estando configurado para a provisão do sinal de controle externo (248) para a entrada de controle (246) do conjunto de comutação de energia (108, 208, 308) de modo a controlar a magnitude da corrente que flui entre o primeiro terminal (110, 310) e o segundo terminal (112, 312) de modo a alterar uma distribuição de carga entre o primeiro gerador (252) e o segundo gerador (253), sendo que o sinal externo é um sinal de equilíbrio de carga.
5.Sistema de distribuição de energia (100, 200) de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um primeiro desconector (136) que está eletricamente conectado entre a primeira seção de barramento (104) e o primeiro terminal (110) do conjunto de comutação de energia (108) e um segundo desconector (138) que está eletricamente conectado entre a segunda seção de barramento (106) e o segundo terminal (112) do conjunto de comutação de energia (108).
6.Método para a operação de um sistema de distribuição de energia elétrica (100, 200), como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, o método caracterizado pelo fato de que compreende -detectar uma corrente que flui entre a primeira seção de barramento (104, 204) e a segunda seção de barramento (106, 206); -controlar um fluxo de corrente a partir da primeira seção de barramento (104, 204) para a segunda seção de barramento (106, 206) e a partir da segunda seção de barramento (106, 206) para a primeira seção de barramento (104, 204).
7.Uso de um conjunto de comutação de energia (108, 208, 308) de um sistema de distribuição de energia (100, 200), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por ser como um acoplador de duas seções de barramento (103, 204, 106, 206) de um barramento de distribuição de energia (102, 202).
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